El disyuntor de corriente residual (RCCB) o un 'interruptor de disparo' es un dispositivo de protección utilizado en sistemas eléctricos. Los RCCB protegen tanto a las personas como a los aparatos eléctricos de fallas eléctricas como descargas eléctricas y fugas de corriente. En este artículo, analizaremos qué son los RCCB, cómo se fabrican y cómo funcionan como dispositivos de protección de circuitos eléctricos.
Disyuntor de corriente residual Cómo funciona
Los disyuntores de corriente residual también se conocen como 'interruptores de disparo' y RCD (dispositivo de corriente residual). Pertenecen a la categoría de dispositivos de protección de circuitos eléctricos. Los RCCD se pueden encontrar en todos los circuitos de distribución de energía domésticos e industriales. Están disponibles en configuraciones monofásicas y trifásicas y tienen múltiples clases.
La forma más simple de RCCB es el tipo monofásico. Tienen dos terminales de entrada y dos terminales de salida en cada unidad. Similar a un MCB, también hay un interruptor con resorte para encender y apagar el dispositivo. Además del interruptor, hay un botón de "prueba" para comprobar si el dispositivo funciona realmente. Este botón puede ser de diferentes colores como rojo, verde, amarillo, naranja o azul dependiendo del fabricante.
Un ser humano típico sólo puede tolerar hasta 30mA de corriente eléctrica antes de que ocurran lesiones potencialmente mortales. Si un ser humano o cualquier ser vivo entra en contacto con una conexión eléctrica viva y está conectado a tierra, se electrocutará y sufrirá lesiones graves. Aunque no es tan grave, la maquinaria eléctrica también puede dañarse debido a cortocircuitos eléctricos y fugas de corriente.
Un disyuntor de corriente residual funciona según el principio de Ley de corriente de Kirchhoff (LCK). KCL establece que la corriente que fluye hacia un circuito debe ser igual a la corriente que regresa del circuito. De manera similar, el RCCB mide cualquier cambio significativo en la corriente que pasa por los terminales vivo (L) y neutral (N). En un escenario ideal, la diferencia debería ser muy cercana a 0mA.
Si hay una fuga de corriente en un equipo eléctrico protegido por el RCCB, la corriente del neutro será menor que la corriente del cable vivo porque una parte de la corriente se conectará a tierra a través de una persona o de la conexión a tierra de la máquina. Esta diferencia se denomina "corriente residual". Cuando esta diferencia excede el umbral de disparo del RCCB (es decir, 20 mA), dispara rápidamente el interruptor e inmediatamente interrumpe la conexión y corta la alimentación al equipo.
La acción de disparo ocurre instantáneamente en unos pocos milisegundos. Por lo tanto, la persona que se electrocuta puede estar protegida de lesiones que amenazan la vida. Aunque no se puede evitar la descarga eléctrica, siempre se garantiza la seguridad de la persona. Al considerar los aparatos eléctricos, si dicho dispositivo tiene una falla de fuga de corriente que filtra corriente al chasis, puede disparar inmediatamente el RCCB para evitar posibles riesgos eléctricos.
Diagrama de circuito del disyuntor de corriente residual
Ahora que conocemos el funcionamiento de un disyuntor de corriente residual, echemos un vistazo en profundidad a cómo funciona un RCCB.
A continuación se muestra la construcción interna de un dispositivo RCCB monofásico (bipolar).
Comenzando desde la izquierda, los terminales de entrada se conectan al suministro eléctrico principal de la red o del generador. Esto se conmuta usando un MCB de dos polos para aislar el circuito cuando sea necesario. Luego, el suministro pasa a través de contactos de interruptor de 2 polos; uno para vivo y otro para neutral para una protección total.
Los cables vivo y neutro pasan a través de una bobina especial que tiene un devanado por cada cable y otro devanado separado llamado "bobina de detección". Cada extremo de estas dos bobinas primarias está conectado a la carga. Como se discutió anteriormente, cuando la corriente pasa a través de estas bobinas, crean un campo magnético de acuerdo con la Ley de inducción electromagnética de Faraday. En circunstancias normales donde no hay falla en el circuito de carga, estos dos campos magnéticos se anulan entre sí.
Cuando hay una condición de falla y la corriente viva es más alta o más baja que la corriente neutra, estos dos campos magnéticos no pueden cancelarse entre sí. Esto induce un voltaje dentro de la 'bobina de detección'. Si este voltaje llega a ser demasiado alto (lo que significa que la corriente de falla/corriente residual es demasiado alta), activa un solenoide para romper los contactos y cortar la energía a la carga. Una vez disparado, debe encenderse manualmente después de corregir la falla.
Los RCCB también vienen equipados con un circuito adicional que incluye un botón y una resistencia. Este es un circuito que permite probar el dispositivo. Cuando presionamos el botón, crea una condición de falla artificial (corriente residual) y activa el RCCB. Si el dispositivo se dispara cuando se presiona el botón, confirma que la protección está en su lugar.
Cableado RCCB
Los RCCB son dispositivos de seguridad que se instalan en circuitos eléctricos. A menudo se instalan en tableros de distribución de energía cerca de la fuente. La imagen que se muestra a continuación indica el orden de instalación de un RCCB.
El RCCB se conecta después del interruptor principal, que es un MCB de 2 polos. El MCB actúa como un interruptor principal para aislar completamente el circuito de la red en casos como reparación y mantenimiento. El RCCB se coloca al lado para proteger los subcircuitos. Los MCB de un solo polo que brindan protección contra sobrecorriente a los subcircuitos se colocan después del RCCB.
Clasificación de RCCB
Los RCCB se clasifican comúnmente en dos tipos principales según su número de terminales. Están RCCB unipolar y RCCB de 4 poloss.
- RCCB unipolar
- Los RCCB de un solo polo se usan comúnmente en aplicaciones domésticas y aplicaciones industriales a pequeña escala donde se usan cargas monofásicas. Tienen dos terminales y dos terminales de salida, vivo y neutro (L y N).
- RCCB de 4 polos
- Los RCCB de 4 polos se utilizan para la protección de sistemas de alimentación trifásicos. Hay 4 conjuntos de terminales de entrada y salida para los cables L1, L2, L3 y N en un sistema trifásico. Estos se encuentran comúnmente en circuitos de distribución de energía industrial y algunos circuitos de distribución de energía domésticos donde el uso de energía es alto.
Además de estas dos configuraciones físicas, hay algunos tipos más que están especialmente diseñados para adaptarse a aplicaciones específicas. Estos se definen en el IEC 60755: Requisitos generales de seguridad para dispositivos de protección operados por corriente residual.
- Tipo AC – propósito general
- Este tipo es adecuado para sistemas de tensión sinusoidal alterna. Estos son el tipo de RCCB más comúnmente utilizado en aplicaciones domésticas e industriales.
- Tipo A – Cargas electrónicas monofásicas clase I
- Los RCCB de tipo A son más adecuados para circuitos que funcionan con fuentes de onda sinusoidal pura o de onda sinusoidal modificada, como los inversores. También se utilizan en circuitos donde las cargas tienen diodos y/o circuitos rectificadores de tiristores, como los controladores de motor VFD (Variable Frequency Drive). Los RCCB de tipo A se pueden utilizar como reemplazo de las unidades de tipo A.
- Tipo F: recién introducido, propósito especial
- Los RCCB tipo F están hechos especialmente para usarse en circuitos de accionamiento de velocidad variable, como controladores de motor. Estos funcionan muy bien en circuitos de forma de onda de voltaje y corriente distorsionada de alta frecuencia, como los sistemas HVAC. Los RCCB tipo F son muy sensibles a las corrientes de falla. Estos no se disparan debido a corrientes de irrupción repentinas. El tipo F puede reemplazar los RCCB de tipo A y CA.
- Tipo B: sistemas trifásicos, sistemas EV y PV
- Los disyuntores diferenciales tipo B están diseñados para trabajar en circuitos de carga de vehículos eléctricos, sistemas fotovoltaicos y otros sistemas trifásicos rectificados. Estos pueden detectar CA sinusoidal, CC pulsante con múltiples frecuencias e incluso corrientes residuales de CC uniformes. Además de los tipos de forma de onda, las características también se definen en frecuencias específicas de 3 Hz a 50 kHz. Los RCCB tipo B cumplen con los tipos A, F y AC y se pueden usar como reemplazo.
RCCB ventajas y desventajas
Los disyuntores de corriente residual son uno de los dispositivos de protección de circuitos eléctricos más importantes. Los vemos en casi todos los cuadros de distribución eléctrica, protegiendo a los usuarios y al equipo de daños. Como cualquier dispositivo, los RCCB también tienen ventajas y desventajas.
Ventajas/Beneficios RCCB
- Los RCCB se utilizan principalmente para proporcionar protección contra descargas eléctricas a humanos y otros seres vivos.
- Además de las descargas eléctricas, los RCCB también pueden proteger a las personas y los equipos eléctricos de fallas a tierra, como fugas de corriente.
- Los RCCB se disparan automáticamente cuando la corriente de falla excede la sensibilidad nominal.
- Están disponibles en múltiples sensibilidades y tipos de clasificación para adaptarse a una aplicación particular.
- Los RCCB vienen en configuraciones monofásicas (dos polos) o trifásicas (cuatro polos). Estos arreglos nos permiten aislar completamente el circuito del suministro.
- La mayoría de los RCCB contienen circuitos de filtrado adicionales que ayudan a proteger el equipo de las fluctuaciones de voltaje.
Desventajas RCCB
- Los RCCB no tienen protección contra cortocircuito/sobrecarga. Dependen completamente de la corriente residual. Si una carga se cortocircuita accidentalmente, la corriente de retorno será la misma que la corriente que sale del RCCB. Esto no activará la protección del dispositivo.
- Las variantes altamente sensibles pueden ser activadas por rayos y fluctuaciones de voltaje.
- Los RCCB no pueden proteger contra cableado eléctrico defectuoso (es decir, cuando los cables vivos y neutros se han intercambiado en el tomacorriente)
- RCCB solo proporciona protección contra choques de tierra viva o tierra neutra. No puede proteger al usuario de descargas eléctricas neutrales. Esto puede ser letal.
- Si no se selecciona el tipo correcto de RCCB para una aplicación en particular, se reduce el nivel de protección contra descargas eléctricas.
Precio del disyuntor de corriente residual
Los dispositivos de protección eléctrica son inherentemente costosos. Son dispositivos sensibles que deben cumplir con los estándares de la industria para garantizar que se garantice el nivel mínimo requerido de protección de cada unidad.
Los precios de los disyuntores de corriente residual van desde $ 25- $ 30 para los tipos de 25A unipolares. A medida que aumenta la clasificación actual, el número de polos y la sensibilidad, un RCCB puede costarle desde unos pocos cientos de dólares hasta varios miles de dólares. por ejemplo, el RCCB de 125 polos 4A ABB cuesta unos considerables $ 51730 en el momento de escribir este artículo.
Disyuntor de corriente residual con protección contra sobrecorriente (RCBO)
Como se mencionó anteriormente, un RCCB típico no puede detectar eventos de sobrecorriente. Esto se debe al principio de funcionamiento del dispositivo. Se basa únicamente en la diferencia entre la salida y la corriente de retorno (corriente residual) para activar la seguridad. Si una carga consume demasiada corriente, el RCCB no puede detectarla ya que la corriente de retorno es exactamente la misma que la corriente de salida del dispositivo.
Para evitar esto, puede haber dos enfoques. La práctica habitual es utilizar un RCCB y distribuir la potencia a través de varios MCB. De esta manera, la protección de corriente residual es manejada por el RCCB y la protección contra sobrecorriente es proporcionada por el MCB. Sin embargo, un evento de corriente residual en cualquiera de los subcircuitos hace que el RCCB se dispare y apague todo el sistema.
Los RCBO están diseñados para solucionar este problema. Constan de un circuito de protección contra sobrecorriente además del circuito general de protección contra corriente residual.
La imagen que se muestra a continuación es un RCCBO de 4 polos. Los RCCBO se distinguen por su apariencia similar a MCB que tiene 4 polos conectados. Casi parecen un MCB emparejado con un RCCB.
¿Qué causa que un RCCB se dispare?
Los RCCB están diseñados para disparar siempre que haya una corriente de falla. Esta corriente se llama 'corriente residual'. El dispositivo, como se explicó anteriormente, monitorea la corriente que viaja en los cables Vivo(s) y Neutro. En condiciones normales de trabajo, la diferencia entre las dos corrientes debe ser cercana a cero.
Siempre que haya una fuga de corriente; por ejemplo, una persona que está conectada a tierra se electrocuta, una pequeña cantidad de corriente del cable vivo expuesto viaja a través de la persona hacia el suelo. Esto provoca un desequilibrio en las corrientes activa y neutra en el RCCB. SI la diferencia es demasiado alta, el RCCB dispara.
Aparte de esta funcionalidad principal, eventos como rayos, cargas no uniformes como cargas altamente inductivas (motores eléctricos, plantas de soldadura) también pueden activar el RCCB sin darse cuenta. Esto no es deseado y se puede evitar utilizando el tipo de RCCB adecuado para el tipo de carga.
Los RCBO actualizados también pueden dispararse debido a condiciones de sobrecorriente. Los RCBO pueden detectar instancias de sobrecorriente/cortocircuito y disparar el interruptor en consecuencia.
Conclusión
Los disyuntores de corriente residual son dispositivos de seguridad muy confiables que protegen tanto al equipo como a los operadores humanos de descargas eléctricas peligrosas. Existen RCCB muy avanzados en el mercado que incluso permiten programar parámetros como la corriente de disparo y el retardo de disparo. Utilice siempre el RCCB adecuado en su sistema de distribución de energía para garantizar una protección óptima.
