¿Qué es un interruptor diferencial (ID): estructura, principio de funcionamiento, tipos existentes y marcado del ID?

Cualquier red eléctrica debe contar con un dispositivo de protección, pero no todo el mundo sabe qué es un RCD y cuál es su principio de funcionamiento. La abreviatura significa: dispositivo de protección diferencial.

Este aparato eléctrico de baja tensión está diseñado para desconectar la sección protegida del circuito cuando se genera una corriente diferencial que supera el valor nominal para este dispositivo.

En nuestro artículo intentaremos analizar detalladamente el dispositivo y el principio de funcionamiento del RCD, examinar las variedades existentes y comprender qué información contiene el marcado de los dispositivos de protección diferencial.

Propósito del dispositivo de protección

El dispositivo del circuito de puesta a tierra del RCD es un conductor PE de los cuerpos o piezas conductoras de corriente neutra de los mecanismos eléctricos con una resistencia no superior a 4 ohmios.

Cuando se produce una corriente de fuga, dichos elementos del equipo pueden estar bajo tensión, lo que representa un peligro para la vida de las personas y los animales al entrar en contacto con ellos, así como para la propiedad en general.

Salvar de recibir descargas eléctricas es la misión de estos dispositivos. Cuando detectan una corriente de fuga, desconectan la tensión.

El mayor peligro radica en que estas alteraciones en el circuito son invisibles y en raras ocasiones perceptibles, cuando al tocar el aparato se puede sentir una leve sacudida eléctrica.

La causa principal de este fenómeno es el daño a la capa aislante del cableado. Los procesos no controlados pueden causar grandes daños, por lo que los equipos de protección están ganando gran popularidad en el ámbito doméstico.

El impacto de las redes conductoras en el cuerpo humano puede tener consecuencias nefastas. Este problema se resolvió mediante dispositivos de control y medición RCD, que pertenecen al segmento de protección. Los requisitos principales para la instalación y el uso se describen en la IEC 60364

El uso del RCD se ha popularizado principalmente en redes monofásicas de corriente alterna con puesta a tierra de la línea neutra, así como con tensiones de hasta 1 kW en el formato de suministro eléctrico doméstico.

Diseño constructivo del RCD

Las características opcionales del mecanismo de protección ayudarán a comprender el principio de funcionamiento del diferencial, es decir, la reacción reproducible del dispositivo ante una fuga de corriente.

Los componentes clave de trabajo incluyen:

• transformador diferencial;
• órgano de disparo: mecanismo que interrumpe el circuito eléctrico que funciona incorrectamente;
• relé electromagnético;
• bloque de control.

Al sensor se conectan devanados opuestos: fase y neutro. En condiciones normales de funcionamiento de la red, estos elementos semiconductores generan en el núcleo flujos magnéticos con direcciones opuestas entre sí. Por lo tanto, el flujo magnético es igual a cero.

El transformador consiste en un núcleo de acero cerrado sobre el cual se colocan dos bobinas: la primaria está conectada a la fuente de corriente alterna, la secundaria está conectada a la carga. En las mismas proporciones que el transformador aumenta la tensión de corriente alterna, disminuye la intensidad de la corriente.

A la bobina secundaria, enrollada en el núcleo magnético del transformador, se conecta un relé de tipo electromagnético. Si en la red se cumplen las condiciones estándar de funcionamiento, no se activa.

Cuando se produce una fuga de corriente, todo el funcionamiento cambia drásticamente. Los conductores de fase y neutro comienzan a transportar diferentes magnitudes de corriente. Ahora, la magnitud y dirección de los flujos magnéticos en el núcleo del transformador también tendrán parámetros distintos.

En los devanados secundarios aparece corriente y, al alcanzar valores predeterminados, se produce la activación del relé electromagnético. Está conectado junto con un mecanismo de disparo. Este conjunto reacciona en el momento adecuado y desconecta la red eléctrica.

Según los requisitos de seguridad contra incendios, las comprobaciones de control del dispositivo de protección diferencial se realizan regularmente, al menos una vez al mes. Para ello, el dispositivo tiene un botón especial «TEST».

El nodo de prueba consiste en un mecanismo de resistencia: una carga determinada conectada en paralelo al sensor diferencial. Este elemento simula una fuga de corriente y de esta manera se verifica el funcionamiento del aparato. Hablamos más sobre los métodos de verificación en este artículo.

El principio de funcionamiento del diferencial consiste en: suministro de corriente desde la línea de fase a la resistencia de control y luego al conductor neutro, sin pasar por el sensor.

Así se crean condiciones de diferentes valores de corriente en la entrada y salida del dispositivo. Este desequilibrio debe provocar la activación del mecanismo de desconexión.

Dependiendo de los desarrolladores, el diseño del circuito puede variar, pero el principio utilizado en el funcionamiento del interruptor diferencial será idéntico en todos los modelos.

Principio de activación del mecanismo de protección

Consideremos para qué es necesario utilizar un interruptor diferencial. El funcionamiento del dispositivo de protección se basa en un método de medición.

Se registran los parámetros de entrada y salida de las corrientes que fluyen a través del transformador. Si el primer valor es mayor que el segundo, significa que hay una fuga de corriente en el circuito eléctrico y el dispositivo produce una desconexión. Si los parámetros son idénticos, el dispositivo no se activa.

En un sistema de dos hilos, el dispositivo diferencial no se activa si por los conductores de fase y neutro circula una corriente de igual intensidad. Si hay una diferencia en estos valores, significa que hay una ruptura del aislamiento en la red y el mecanismo de protección desconectará la sección dañada.

Para una mejor comprensión, consideremos cómo funcionará el interruptor diferencial en un cuadro de distribución doméstico con un sistema bipolar.

A los bloques de terminales superiores se conecta el cable de entrada de dos conductores (fase y neutro). A los terminales inferiores se conectan la fase y el neutro, que llegan hasta la sección de carga, por ejemplo, a la toma de corriente de un calentador de agua o un hervidor eléctrico. La conexión a tierra de protección del dispositivo se realizará mediante un cable, sin pasar por el interruptor diferencial.

En el modo de funcionamiento estándar, el movimiento de los electrones se realiza a través de la línea de fase desde el cable de entrada hasta el calentador eléctrico del calentador/hervidor, fluyendo a través del dispositivo de protección diferencial. De regreso, se desplazan a tierra nuevamente a través del interruptor diferencial, pero por la línea de neutro.

Si una persona toca el cuerpo de un aparato conductor en el que, debido a una ruptura, ha aparecido un potencial, en esta situación la fuga de corriente pasará a través del cuerpo de la persona, a lo que el dispositivo reacciona casi instantáneamente, desconectando el sistema de alimentación.

Por ejemplo, en la resistencia del aparato se dañó el aislamiento. Así, a través del agua que se encuentra en el interior, la corriente será parcialmente conducida por el cuerpo y luego se irá a tierra mediante el cableado del dispositivo de protección.

Los restos de corriente volverán por la línea neutra a través del interruptor diferencial. Sin embargo, su intensidad será menor en la cantidad de fuga en comparación con la entrante.

La diferencia de valores la calcula el transformador diferencial. Si la cifra es mayor que la permitida, el dispositivo reacciona instantáneamente y rompe el circuito.

En otro de nuestros artículos proporcionamos recomendaciones para la selección y conexión correcta del RCD para el calentador de agua.

Conveniencia del uso del RCD

Consideremos para qué es necesario utilizar un interruptor diferencial y de qué factores negativos de impacto protege el dispositivo.

En primer lugar, el cortocircuito de fase al chasis del equipo eléctrico. Principalmente, las áreas problemáticas incluyen las resistencias de los calentadores y las lavadoras. Cabe señalar que la ruptura se produce solo cuando la pieza generadora de calor se calienta bajo la acción de la corriente.

También cuando la conexión de los cables es incorrecta. Por ejemplo, si se utilizan empalmes sin caja de bornes, que luego se empotran en la pared y se cubren con una capa de yeso. Como la superficie tiene una humedad elevada, ese empalme será la vía de fuga que provoque una filtración hacia la pared.

El mecanismo de protección diferencial en este caso desconectará la línea constantemente hasta que la sección se seque por completo o hasta que se rehaga el punto de conexión.

La protección automática se aplica eficazmente en entornos domésticos: en grupos eléctricos para el baño, la cocina y enchufes con muchos aparatos conectados. La opción ideal es cuando este tipo de dispositivos están instalados en cada grupo de enchufes.

El ámbito de aplicación de los dispositivos generales es bastante diverso: desde edificios públicos hasta grandes empresas. Con ellos se equipan las estructuras y esquemas electrotécnicos destinados a la recepción y distribución: cuadros eléctricos en viviendas, sistemas de suministro de corriente para consumo individual, etc. Lo principal en esto es seleccionar correctamente el RCD según la potencia.

Tipos de dispositivos y su clasificación

Las empresas fabricantes dotan a sus productos de diversas capacidades que deben tenerse en cuenta al determinar el tipo de RCD necesario, en función de las condiciones específicas de funcionamiento de la red eléctrica.

Para que el consumidor común pueda seleccionar el dispositivo de protección diferencial necesario entre la variedad de modelos ofrecidos, se creó un sistema de clasificación basado en las siguientes características:

• principio de funcionamiento;
• tipo de corriente diferencial;
• retardo de tiempo de la corriente diferencial de desconexión;
• número de polos;
• método de instalación.

A continuación, analizaremos en detalle cada una de estas clasificaciones.

Clasificación n.º 1 — según el método de conexión

Existen solo dos métodos de conexión – electromecánico y electrónico. En el primer caso, el automático desconectará la alimentación en la línea dañada independientemente del voltaje de la red. El órgano de trabajo principal es un núcleo toroidal con devanados.

Cuando se produce una fuga, se genera un voltaje en el circuito secundario para activar el relé de polarización, lo que lleva a la activación del mecanismo de desconexión.

Para los dispositivos de tipo electromecánico no se requiere voltaje externo. La fuente de activación es la corriente diferencial en la línea dañada.

El funcionamiento del aparato con componentes electrónicos depende completamente de un voltaje adicional, es decir, requiere alimentación externa. Aquí el órgano de trabajo es una placa electrónica con amplificador.

Dentro de dicho mecanismo no hay fuentes adicionales que acumulen energía, por lo que para el funcionamiento del circuito se utiliza electricidad de la red externa y, si no hay voltaje, – el dispositivo no interrumpirá el circuito.

Determinación del tipo de dispositivo: suelde dos cables a los bornes de una pila AA. Encienda el RCD y conecte un cable a la entrada del bloque de protección y el otro a la salida. Las líneas se conectan a un polo. Si el dispositivo se desconecta, significa que es de tipo electromecánico; si no, es electrónico.

Ejemplo de funcionamiento de un RCD electrónico instalado en una línea con un enchufe del que se alimenta un horno microondas: se produce una rotura del neutro; además, al mismo tiempo, se genera un fallo en el cableado del microondas y se produce un cortocircuito de fase a la carcasa, es decir, aparece un potencial peligroso en ella.

Si se toca el horno, el tipo de protección electrónica no se activará, ya que no hay red de alimentación. Precisamente por su falta de fiabilidad en comparación con el análogo electromecánico, este dispositivo ha tenido menor difusión.

Clasificación n.º 2 — según el tipo de corriente de fuga

Todos los modelos de interruptores automáticos de seguridad producidos se dividen además según la corriente de carga que pasa a través del dispositivo. Procesan voltaje de un formato de oscilación determinado.

En el cuerpo de todos los dispositivos y en el manual se indica el valor nominal del voltaje de trabajo. Este parámetro debe corresponder al rango de corriente nominal del equipo eléctrico.

El tipo CA se activará ante la aparición instantánea de una tensión de fuga alterna en el circuito controlado o ante su aumento gradual en forma de onda. Estos dispositivos se marcan con la inscripción «CA» o el símbolo «~».

El factor de forma más adecuado para uso doméstico – RCD tipo CA. Este modelo es el más económico entre los dispositivos de acción similar. En el manual del equipo eléctrico, los fabricantes suelen indicar el modelo específico de interruptor automático de protección adecuado para este producto.

El tipo A se activa ante la formación instantánea de una corriente de fallo alterna o pulsante en el circuito controlado, o ante su aumento lento.

Este mecanismo se puede utilizar en cualquier situación presentada. En el cuerpo del interruptor automático se muestra la abreviatura «A» o un símbolo, como en la imagen gráfica dentro del rectángulo. .

La mayoría de las veces, el tipo A se conecta a un circuito donde se realiza la regulación de carga mediante el recorte de la cresta de la sinusoide, por ejemplo, el ajuste de la velocidad de rotación de un motor mediante un convertidor de tiristores.

El costo del modelo A es varias veces más caro en comparación con el CA, ya que aquí se realiza un control adicional de la tensión continua que surge en la tecnología de conversión de potencia.

Los RCD del subtipo B son efectivos para producir una reacción en el circuito eléctrico subordinado ante una corriente de fuga continua, alterna o convertida (rectificada).

Este equipo de alto costo está diseñado para instalaciones industriales. No se utiliza en condiciones domésticas.

Los dispositivos de protección diferencial presentados, tipos A, B y AC, están diseñados para un tiempo de activación de 0,02-0,03 s.

Clasificación n.º 3 — según el tipo de retardo de tiempo

Esta clasificación contempla dos tipos: S y G. La protección automática tipo S se caracteriza por una reacción de formato selectivo. El retardo de tiempo de disparo corresponde al rango de 0,15-0,5 s. Es recomendable elegirlo en caso de conexión grupal de interruptores diferenciales.

Esquema de un cuadro de apartamento con dos grupos de carga, donde se conectan dos tipos diferentes de dispositivos de protección: AC o A, y S

Según el esquema, en el cuadro se colocan dos grupos de carga en forma de tomacorrientes n.° 1 y n.° 2, a los cuales se conecta un interruptor diferencial tipo A, y en la entrada del local, un segundo automático – S.

Si ocurre una falla en un haz, el dispositivo de entrada se activará solo cuando el dispositivo colectivo no cumpla su función y no desconecte la sección defectuosa.

La selectividad de la activación de la interrupción del circuito se puede lograr utilizando otro método: mediante los valores de ajuste de corriente de fuga. Este método es el más extendido.

Esquema de un cuadro de apartamento con dos grupos de carga, donde se conectan dos tipos diferentes de dispositivos de protección: AC con ajuste de disparo, y el segundo A, pero con un valor mayor

Tomemos un esquema similar al anterior y modifiquémoslo de la siguiente manera: elegimos un automático de grupo tipo AC, pero con un ajuste de corriente diferencial de 0,03 A, y en la entrada habrá un dispositivo similar solo de 0,1 A.

Hay situaciones en las que la corriente diferencial en el circuito de falla supera los ajustes nominales de los dos dispositivos de protección. Para el primer esquema, la selectividad no se verá afectada, mientras que en el segundo, la corriente de corte puede ser suministrada por cualquiera de los dispositivos conectados.

El dispositivo de factor de forma G también se presenta con un principio de disparo selectivo y tiene un retardo de 0,06-0,08 s. Todos los tipos selectivos descritos están diseñados para soportar corrientes extremas de hasta 15 kA.

Algunos modelos de interruptores diferenciales cuentan con un sistema de ajuste de la corriente diferencial, otros no tienen esa posibilidad. Sin embargo, para uso doméstico, la segunda opción es la adecuada.

La corriente de limitación es un parámetro importante de selección, ya que es precisamente gracias a esto que se garantiza la seguridad.

Por ejemplo, en locales con alta humedad, la alimentación de los aparatos eléctricos se realiza conectando al circuito dispositivos de desconexión con un ajuste de 0,01 A. Para condiciones domésticas estándar, 0,03 A.

Para la protección contra incendios de edificios: 0,1-0,3 A. Recomendamos consultar los consejos sobre selección del RCD contra incendios y los detalles de su instalación.

Clasificación n.º 4 — según el número de polos

Dado que el dispositivo automático funciona según el principio de comparar las magnitudes de corriente que lo atraviesan, el número de polos del interruptor automático será idéntico al número de líneas conductoras.

El RCD bipolar se designa como 2P. Se conecta en un circuito monofásico para garantizar la protección de las personas y prevenir posibles causas de incendio.

La marcación de los RCD tetrapolares es 4P. Están diseñados para funcionar en una red trifásica. También es posible una combinación de instalación, por ejemplo, un dispositivo de cuatro polos se introduce en una red de dos conductores.

Sin embargo, no se aprovechará todo el potencial del dispositivo, lo cual es económicamente desventajoso.

Al instalar un interruptor automático de protección, se debe considerar la probabilidad de que la corriente de carga pueda exceder los valores de funcionamiento máximo del dispositivo. Por lo tanto, se instala adicionalmente un interruptor automático con una tensión nominal no mayor que la corriente de funcionamiento del sistema de seguridad.

Clasificación n.º 5 — según el método de instalación del dispositivo

Dado que los dispositivos diferenciales de protección se fabrican en diferentes carcasas, se pueden utilizar como estacionarios o portátiles.

En el segundo caso, el aparato se suministra con un cable alargador. Los dispositivos que se fijan en un carril DIN se montan en el cuadro eléctrico, que se ubica ya sea en el pasillo o en el apartamento.

También existen variantes de ejecución como toma de corriente RCD y clavija RCD. Tanto en el primer como en el segundo caso, cualquier electrodoméstico conectado mediante este mecanismo no representa peligro para la persona en caso de avería.

Interpretación completa de los valores de marcado

Obligatoriamente, en la carcasa del dispositivo figura el nombre de la empresa desarrolladora. A continuación, se presenta una marcación estandarizada con la designación del número de serie.

Para descifrar la abreviatura, utilizaremos el siguiente ejemplo [F][X]00[X]-[XX]:

• [F] – dispositivo de protección diferencial;
• [X] – formato de ejecución;
• 00 – designaciones numéricas o alfanuméricas de la serie;
• [X] – número de polos: 2 o 4;
• [XX] – características según el tipo de corriente de fuga: AC, A y B.

También aquí se indicarán los parámetros nominales del dispositivo, a los que se debe prestar especial atención al elegir.

Descifrado de la abreviatura: 1 – marca; 2 – tipo de dispositivo; 3 – tipo selectivo; 4 – conformidad con las normas europeas; 5 – corriente de trabajo nominal y ajuste; 6 – tensión de trabajo alterna máxima; 7 – corriente nominal que puede soportar el dispositivo; 8 – capacidad de conexión y desconexión diferencial; 9 – esquema eléctrico; 10 – verificación manual del funcionamiento; 11 – marcación de la posición del interruptor.

Los parámetros máximos para los que están diseñados los dispositivos incluyen: tensión Un, corriente In, valor diferencial de corriente de apertura del circuito IΔn, capacidad de conexión y desconexión Im, capacidad de conmutación en cortocircuitos Icn.

Los valores de marcado principales deben colocarse de manera que permanezcan visibles después de la instalación del aparato. Algunos parámetros pueden estar impresos en el lateral o en el panel posterior, visibles solo antes del montaje del producto.

Las salidas destinadas únicamente para la conexión del conductor neutro se indican con el símbolo latino «N». El modo desconectado del RCD se indica con el símbolo «O» (círculo), y el modo conectado con una barra vertical corta «I».

No todos los productos llevan impresos los valores óptimos de temperatura ambiente. En aquellos modelos que tienen el símbolo — esto significa que el rango de funcionamiento es de -25 a +40 °C; si no hay ninguna indicación, se refiere a los valores estándar de -5 a +40 °C.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Material de video con una revisión detallada de todos los elementos constitutivos de los mecanismos de protección, su finalidad y principio de interacción entre sí:

Descripción de todos los tipos de interruptores automáticos de protección, así como consejos sobre cómo elegir correctamente:

Respuesta a la eterna pregunta de qué elegir: un interruptor automático diferencial o un RCD + secretos de instalación:

La aplicación del RCD es una solución rentable y correcta no solo desde el punto de vista del ahorro, sino también desde la seguridad contra incendios y la protección de las personas.

Se recomienda aprovechar al máximo su potencial en el ámbito doméstico, instalándolo en todos los grupos eléctricos para garantizar un aislamiento total de los efectos de la electricidad.

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