En los circuitos eléctricos, sean grandes o pequeños, siempre podrá surgir un imperfecto que genere consumos excesivos o derivaciones de corriente a lugares adonde no debe ir.

Para poder evitar daños irreparables, tanto en artefactos como en personas, se han diseñado elementos de protección capaces de actuar cuando hay un exceso de corriente, o de calor u cuando hay un desfasaje en la corriente que va y vuelve por un circuito. Todos estos son indicadores de una posible falla, que requiere atención para ser solucionada. Con lo cual estas protecciones tienden a cortar la circulación de corriente cuando los parámetros de medición no son los esperados.

El Fusible.

Fue unos de los primeros dispositivos de protección utilizados en circuitos.

Básicamente es un filamento de algún material metálico que según su sección es capaz de fundirse y cortarse ante un exceso de corriente. Cortando así la continuidad del circuito.

Por su mecanismo, es útil tanto para corriente continua, como para corriente alterna.

Actúan en caso de cortocircuitos y sobrecarga de corriente.

Antiguamente era un filamento hecho de una aleación de 2 partes de plomo por una de estaño que se fundía, por efecto Joule, a unos 170°C. Era lo suficientemente largo como para que cuando se funda, el arco no se extienda entre los bornes de conexión del fusible.

Según la sección que tenía, era la corriente que era capaz de soportar, antes de fundirse:

Actualmente los fusibles están compuestos por una base portafusible y el fusible propiamente dicho.

También viene una herramienta que suele ser llamada pinza portafusible o directamente portafusible que sirve para extraer y colocar los fusibles con seguridad en un circuito.

Base Portafusible

La base suele tener una parte aislada, en cuyos extremos fijan los bornes donde tomarán contacto los extremos del fusible con el circuito.

Tienen tornillos u ojales para pasar tornillo y tuerca para fijar los conductores del circuito.

Algunas bases incorporan un mecanismo de apertura con aislación para poder ser manipulado directamente por el usuario sin riesgo a tomar contacto con la corriente. Esta característica lo convierte en un dispositivo seccionador, ya que puede abrir el circuito para sacarlo de servicio.

El tamaño de la base portafusible (y del fusible) será mayor cuanto mayor sea la corriente que es capaz de soportar.

OJO: La intensidad de corriente que es capaz de soportar la base portafusible (y los conductores que estén conectados a ella) siempre deberá ser mayor a la que es capaz de soportar el fusible, esto evitará incendios y daños en la instalación.

Portafusibles

Es el dispositivo que nos permite extraer o colocar el fusible en la línea.

Fusibles actuales.

El fusible se compone de una armadura en cuyo exterior tiene un material cerámico de alta resistencia al choque térmico y a la presión, para soportar las condiciones extremas ante un cortocircuito. Tiene también los extremos, que son dos tapas de cobre con baño de plata que constituyen los contactos con la base portafusible.

En el interior se encuentra el hilo conductor de cobre plateado, que es el fusible en sí. Está calibrado al amperaje máximo que puede soportar el fusible. El hilo está rodeado de arena de cuarzo que permite la refrigeración y el escape de los gases.

A los fusibles se los suele llamar “cartuchos fusibles”.

Algunos fusibles tienen un fuelle que, ante la ruptura del fusible, indica el agotamiento del mismo.

Los fusibles se clasifican en:

Fusibles de fusión lenta: ideal para cargas inductivas (motores). Capaces de soportar los arranques sin fundirse.

Fusibles de fusión normal: ideal para cargas óhmicas (resistencias).

Los fusibles se utilizan también para proteger transformadores, del lado del secundario, donde se ubican las cargas, dado que en el primario no habría riesgo de cortocircuito.

Cartuchos de fusibles comerciales:

Vienen desde 1A a 1250A y de diferentes tamaños, según su capacidad.

Fusibles domésticos.

Cada vez se usan menos, ya que en el hogar se prefieren los magnetotérmicos automáticos (conocida vulgarmente como llave térmica).

Fusibles Industriales.

Fusibles de alto poder de ruptura o NH.

Son los fusibles “de cuchilla”. Tienen una carcasa de cerámica con el fusible dentro. En sus extremos tienen unos terminales tipo cuchilla que encastran en el portafusible a presión. Se necesitan unas pinzas portasfusibles para quitarlos o colocarlos, que parece como una manija.

Existe un límite del máximo amperaje para cada tipo de tamaño. Es recomendable, cuando se proyecta una instalación de nueva construcción, no utilizar los dos últimos amperaje de cada tamaño, debiéndose emplear el siguiente, y no, forzar la base a resistir lo máximo para la que ha sido construida.
Si el amperaje previsto es de 130 amperios; lo correcto es emplear una base del tamaño 1, antes que la base del tamaño cero y mucho menos el tamaño doble cero.

CONSTITUCIÓN DE UN FUSIBLE DE ALTO PODER DE CORTE

1 Cuerpo cerámico

2 Arena de cuarzo

3 Cuchilla de contacto

4 Indicador de fusión

5 Elemento de fusión

6 Placa fijación

7 Junta aislante

Interruptor Seccionador

Es un dispositivo que sirve para abrir el circuito en algún lugar del circuito.

Normalmente se acciona a mano, aunque hay interruptores termomagnéticos que se les puede acoplar un mando a distancia.

Los interruptores vienen para corriente continua y para corriente alterna, según el número de polos que cortan se pueden clasificar en monopolar o monofásico, bipolar o bifásico, tripolar o trifásico, o tetrapolar.

Cuando abren o cierran todos los polos en simultáneo se llaman omnipolares. Es recomendable que así sea, ya que siempre es recomendable cortar todas las fases y el neutro al mismo tiempo, ya que en trifásica si se corta el neutro sólo puede provocar un retorno de fase que provocaría avería en equipos.

Se eligen siempre teniendo en cuenta el tipo de corriente, el voltaje y el amperaje que van a pasar por el conductor.

Seccionadores

Así se llama a los interruptores en alta tensión que se abren o cierran en ausencia de tensión con ayuda de una pértiga de maniobra.

Un fusible también puede funcionar como un interruptor, cuando este se retira. No se bajan los fusibles bajo carga, ya que no tienen mecanismo de extinción del arco.

Apertura del circuito: Arco Eléctrico.

Cuando se abre un contacto de un circuito bajo carga, normalmente la corriente sigue intentando atravesar el contacto hasta que se produce la ruptura. A este fenómeno se llama arco eléctrico.

Es el fenómeno con el que se realiza la soldadura, con lo que deducimos que si mantenemos un arco por un tiempo, los metales de los contactos se van a fundir. Por eso debe ser lo más corto posible. Para ello los dispositivos de interrupción suelen traer una cámara apaga chispas compuesta por varias placas ferromagnéticas que producen un soplado magnético disipando el calor producido por efecto Joule y apagando el arco rápidamente.

Interruptor Termo-magnético

Se le llama también PIA (pequeño interruptor automático) o llave termomagnética.

Tiene 3 funciones:

1- Interruptor: bajando la palanca se logra seccionar o cortar la circulación de corriente manualmente.

2- Protección térmica: Protege el circuito ante un sobrecalentamiento.

Tiene un bimetal que, ante una elevación de temperatura (efecto Joule) en el circuito por sobrecalentamiento (hay un exceso de consumo para esa línea), se deforma, provocando la apertura del contacto y cortando así la circulación de corriente. Esta función protege los cables.

NOTA: Es indispensable que el valor nominal de corte de esta función sea menor a lo que soportan los conductores, para evitar que éstos se dañen.

Cuando el bimetal se enfría vuelve a su posición normal. Aunque para rearmar la llave es necesario volver a levantar la palanca en la mayoría de los casos (luego de haber solucionado la sobrecarga).

3- Protección magnética: Protege al circuito ante un cortocircuito.

Consta de una bobina que ante una elevación abrupta de la corriente generará un campo electromagnético capaz de mover un cuerpo ferromagnético que provocará la apertura de los contactos, cortando la circulación de corriente.

Tipos según la cantidad de polos (o módulos):

Características técnicas:

Entre los criterios de selección deberemos leer

1- La intensidad nominal para la que fueron diseñadas: 10A, 15A, 20A, 25A, 32A, 40A, 45A, 50A, 63A.

2- El tipo de curva de disparo: letras ICP-M, B, C, D o Z. Nos dan información del tiempo y capacidad de disparo, se selecciona según lo que queremos proteger.

3- Intensidad que soporta ante un cortocircuito.

4- Clase se limitación de transferencia de energía (1, 2 y 3), siendo 3 el que menos transfiere o más limita en caso de cortocircuito.

5- Si es para corriente alterna (~) o continua (—).

6- Voltaje de operación (230V o 400V)

Curvas:

ICP-M: es el que se emplea en los medidores que se le colocan a los abonados. Saltan cuando se sobrepasa entre 5 y 8 veces la intensidad nominal (correspondiente a la potencia contratada).

B: Diseñado para instalaciones domésticas, industriales y terciarias cuando sus cargas son resistivas. Protegen los cables. Saltan cuando se sobrepasa entre 2,6 y 3,85 veces su intensidad nominal.

C:  Tienen un poder de corte y una velocidad de desconexión, que mejoran la selectividad respecto a los fusibles previos y el interruptor automático principal con un tiempo de disparo <10 segundos. Son los más usados en hogares para receptores en general. Cortan entre 3,85 y 8,8 veces su intensidad nominal.

D: Para proteger cables que alimentan cargas inductivas con altos picos de arranque, se disparan cuando la intensidad pasa de 10 a 12 veces la nominal.

MA: Para la protección de motores durante el arranque. Se disparan cuando la intensidad nominal es sobrepasada 12 veces. También son recomendables para protección de condensadores y en sustitución de fusibles en circuito de mando y control.

Z: Protegen los circuitos electrotécnicos y los circuitos de transformador de medida se disparan entre 2’4 y 3’6 veces de la intensidad nominal; siendo, por tanto, los más sensibles.

Disyuntor o Interruptor Diferencial:

Sirven para proteger a las personas.

Detectan una fuga a tierra por contacto directo o indirecto o por pérdidas de aislación en los cables (cable pelado).

Esto lo logran porque tienen una bobina toroidal de control que encierra el neutro y la fase (o las fases) y puede detectar si la corriente que va el diferente a la que retorna por el neutro.

Estos aparatos provocan la apertura automática de la instalación cuando la suma de vectorial de las intensidades que atraviesan los polos del aparato alcanza un valor predeterminado 30, 300, 500, 1.000 o 2.000 mA (Miliamperios).

Los que se colocan en los hogares son muy sensibles y cortan cuando la diferencia es de 30mA dado que a partir de esa intensidad ya se considera dañino para el ser humano y también evitan incendios por defectos de aislación de los cables.

En industrias o en transformadores se usan de sensibilidad menor.

Traen un botón de prueba que es conveniente tocar una vez al mes para asegurarnos que está funcionando correctamente.

También se fabrican diferenciales especiales para casos especiales de corriente continua, corrientes pulsantes, o selectivo.

El diferencial superinmunizado es un tipo de diferencial del tipo A, pero mejorado. Evita las desconexiones intempestivas por corrientes de alta frecuencia que están provocadas por circuitos informáticos, circuitos con reactancias electrónicas, corrientes inducidas por descargas de origen atmosférico, entre otros.

Con este tipo de diferencial superinmunizado, se evitan los saltos intempestivos. Un diferencial superinmunizado es un dispositivo electromecánico que dispone de filtros de altas frecuencias que son capaces de distinguir si se ha producido una derivación de corriente a tierra.

Esta derivación es la que provoca la diferencia entre la entrada y la salida del dispositivo, o si se trata de un falso positivo, generalmente provocado por el funcionamiento de diferentes equipos electrónicos, dispositivos informáticos o tubos fluorescentes.

Protector de sobretensiones transitorias, protector de descargas atmosféricas o SPD (surge protective device).

Un dispositivo de protección contra sobretensiones es un dispositivo de protección para limitar los voltajes transitorios desviando o limitando la corriente de sobretensión.

Los protectores contra sobretensiones se utilizan para proteger equipos electrónicos sensibles conectados a la instalación, como ordenadores, televisores, lavadoras y circuitos de seguridad, como sistemas de detección de incendios y alumbrado de emergencia. Los equipos con circuitos electrónicos sensibles pueden ser vulnerables a daños por sobretensiones transitorias.

Los dispositivos de protección contra sobretensiones contienen al menos un componente no lineal (un varistor o vía de chispas), cuya resistencia eléctrica varía en función de la tensión que se le aplica. Su función es desviar la corriente de descarga o impulso y limitar la sobretensión en los equipos aguas abajo.

El principio de funcionamiento de un dispositivo de protección contra sobretensiones es el siguiente:

• Durante el funcionamiento normal (por ejemplo, en ausencia de sobretensiones), el dispositivo de protección contra sobretensiones no tiene influencia en el sistema donde está instalado. Actúa como circuito abierto y mantiene el aislamiento entre los conductores activos y tierra.
• Cuando se produce una sobretensión, el dispositivo de protección contra sobretensiones reduce su impedancia en unos pocos nanosegundos y desvía la corriente de impulso. El dispositivo de protección contra sobretensiones se comporta como un circuito cerrado, la sobretensión se cortocircuita y se limita a un valor aceptable para los equipos eléctricos conectados aguas abajo.

• Una vez que se detiene la sobretensión de impulso, el dispositivo de protección contra sobretensiones volverá a su impedancia original y volverá a la condición de circuito abierto.

En instalaciones de energía solar colocamos SPD de corriente continua en la entrada de cada string de paneles y un SPD de corriente alterna en la salida del inversor.

Por supuesto esto funciona si se hace una correcta instalación de una o varias jabalinas para que las cargas transitorias se deriven correctamente a tierra.