o residual, es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los
activos y tierra o masa de los aparatos.
En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con los conductores de alimentación de corriente y que producen
opuestos y un núcleo o armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado puede accionar unos contactos.
) y por tanto los campos magnéticos creados por ambas bobinas son iguales y opuestos, por lo que la resultante de ambos es nula. Éste es el estado normal del circuito.
, vemos que la carga presenta una derivación a tierra por la que circula una corriente de fuga
.
Es aquí donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir electrocuciones, actuando bajo la presunción de que la corriente de fuga circula a través de una persona que está conectada a tierra y que ha entrado en contacto con un componente eléctrico del circuito.
entre las dos corrientes es la que produce un campo magnético resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo
, desplazándolo de su posición de equilibrio, provocando la apertura de los contactos
e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se rearme manualmente el dispositivo una vez se haya corregido la avería o el peligro de electrocución.
exige que en las instalaciones domésticas se instalan normalmente interruptores diferenciales que actúen con una corriente de fuga máxima de 30 m
, lo cual garantiza una protección adecuada para las personas y cosas.
21302 dice que se considera un interruptor diferencial de alta sensibilidad cuando el valor de ésta es igual o inferior a 30 miliamperios.
Las características que definen un interruptor diferencial son el amperaje, número de polos, y sensibilidad, por ejemplo:
En
electricidad, se denomina
fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un
metal o
aleación de bajo
punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por
Efecto Joule, cuando la
intensidad de corriente supere, por un
cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.
Datos generales
El fusible eléctrico, denominado inicialmente como aparato de energía y de protección contra sobrecarga de corriente eléctrica por fusión, es el
dispositivo más antiguo de protección contra posibles fallos en circuitos eléctricos, apareciendo las primeras citas bibliográficas en el año 1774, momento en el que se lo empleaba para proteger a
condensadores de daños frente a corrientes de descarga de valor excesivo. Durante la década de 1880 es cuando se reconoce su potencial como dispositivo protector de los sistemas eléctricos, que estaban recién comenzando a difundirse. Desde ese momento, hasta la actualidad, los numerosos desarrollos y la aparición de nuevos diseños de fusibles han avanzado al paso de la
tecnología, y es que, a pesar de su aparente simplicidad, este dispositivo posee en la actualidad un muy elevado nivel tecnológico, tanto en lo que se refiere a los materiales usados como a las metodologías de fabricación. El fusible coexiste con otros dispositivos protectores, dentro de un marco de cambios tecnológicos muy acelerados que lo hacen aparecer como pasado de moda u obsoleto, lo que no es así.
Este concepto se entiende con mayor facilidad cuando se describe el campo de aplicación actual, cuyos
parámetros nominales poseen rangos muy amplios. Las tensiones de trabajo van desde unos pocos
voltios hasta 132 kV; las corrientes nominales, desde unos pocos
mA hasta 6 kA y las capacidades de ruptura alcanzan en algunos casos los 200 kA.
La producción anual de fusibles supera los 30 millones de unidades, mientras que en la
Argentina se utilizan aproximadamente 300.000 unidades anuales. Una
industria de tamaño medio puede tener instalados algunos centenares de fusibles y en un
automóvil moderno pueden encontrarse en uso entre 40 y 60 fusibles. La mayoría de los equipos electrónicos poseen al menos un fusible. Sus tamaños pueden ser tan pequeños como la cabeza de un
fósforo de madera, y en el otro extremo, o sea para aplicaciones de alta tensión y con alta potencia de corto circuito, se encuentran fusibles cuyo peso ronda los 20
Kilogramos.
Las
estadísticas de producción a nivel mundial indican el crecimiento constante del
mercado. Para algunos tipos de fusibles el crecimiento es muy elevado, como es el caso de los dispositivos para circuitos electrónicos de baja potencia y los elementos para uso en automóviles. En cambio, para los fusibles tradicionales (baja y media tensión, y alta capacidad de ruptura) se estima un crecimiento con menor
velocidad, del orden del crecimiento de los sistemas eléctricos, que ronda el 3% anual.
El principio de funcionamiento del fusible es muy simple: se basa en intercalar un elemento más débil en el circuito, de manera tal que cuando la corriente alcance niveles que podrían dañar a los componentes del mismo, el fusible se funda e interrumpa la circulación de la
corriente. Que el elemento fusible o eslabón débil del circuito alcance la fusión no implica necesariamente que se interrumpa la corriente, siendo esta diferencia la clave para entender la tecnología involucrada en el aparentemente simple fusible.
A lo largo de los años han ido apareciendo fusibles para aplicaciones específicas, tales como proteger
líneas,
motores,
transformadores de potencia, transformadores de tensión, capacitores, semiconductores de potencia, conductores aislados (cables), componentes electrónicos, circuitos impresos,
circuitos integrados, etc. Estos tipos tan diversos de fusibes poseen características de selección muy distintas, lo que hace compleja su correcta selección.
Este rango tan amplio requiere que el usuario de fusibles posea un importante nivel de conocimientos, que no es fácil de adquirir por la falta de material informativo de fácil acceso.
Hay que considerar otro factor importante, que es la existencia de fusibles respondiendo a normalizaciones de diversos países. Cuando se habla de los sistemas de distribución de energía eléctrica, se emplean en nuestro medio fusibles de alta potencia respondiendo fundamentalmente a normas europeas, pero para la distribución de media tensión y baja potencia, se emplean elementos afines a la normalización norteamericana.
La normalización europea, en la actualidad prácticamente se ha unificado en las normas
IEC (International Electrotechnical Comission), pero en nuestro medio todavía hay infinidad de dispositivos instalados cuyo origen proviene de tiempos anteriores a la unificación. La situación se empeora mucho cuando se hace referencia a los fusibles instalados en equipos, ya sean industriales,
electrodomésticos o eletrónicos, pues los dispositivos responden a las normas del país de origen del equipamiento.
El abanico de posibilidades de fusibles para equipos de baja tensión es prácticamente ilimitado, pudiendo afirmarse que cada país del mundo está representado con algún fusible. Frente a esta situación, la reposición del fusible es muy difícil de lograr, por lo que debe recurrirse al reemplazo por el dispositivo de características tan parecidas como sea posible, lo que nuevamente requiere de un buen nivel de conocimientos por parte del usuario.
Definiciones
Características nominales: Términos generales para designar cada una de las magnitudes características que definen en conjunto las condiciones de funcionamiento para las que ha sido diseñado el dispositivo y a partir de las cuales se determinan las condiciones de ensayo.
Corriente presunta de un circuito: Corriente que fluiría en un circuito si el cortacircuito fuera reemplazado por una lámina de impedancia despreciable, sin ningún otro camino ni en el circuito ni en la fuente.
Corriente presunta de ruptura: La corriente presunta correpondiente al instante de iniciación del arco durante la operación de ruptura.
Capacidad de ruptura: Corriente presunta de ruptura que un fusible es capaz de interrumpir en las condiciones prescriptas.
Corriente de ruptura límite El valor máximo instantáneo alcanzado por la corriente durante la operación de ruptura del fusible, cuando opera en forma de evitar que la corriente alcance el valor máximo al que llegaría en ausencia del cortacircuito.
Tiempo de pre-arco: Lapso entre el comienzo de la circulación de una corriente suficiente como para fundir a los elementos fusibles y el aislante en que se inicia el arco.
Tiempo de operación: Suma del tiempo de pre-arco y el tiempo de arco.
Integral de Joule(I2 t): La integral del cuadrado de la corriente presunta de ruptura.
Tiempo virtual: I2 t dividido por el cuadrado de la corriente presunta de ruptura.
Tensión de restablecimiento: Tensión que aparece entre bornes de un cortacircuito después de la ruptura de la corriente.
Tensión de ruptura: Valor máximo de la tensión, expresado en valor de cresta, que aparece entre los bornes del cortacircuito durante la operación del fusible.
Clasificación
Los
fusibles pueden clasificarse empleando diversas características constructivas u operativas, existiendo numerosos antecedentes con distintos criterios. Por ejemplo si se dividen en base a su propiedad de ser reutilizables, se pueden clasificar en:
- Descartable
- Renovable
- Inteligente, se reutiliza solo la porción no usada.
Tipos de Fusibles
Se pueden clasificar según su tamaño y en función de su clase de servicio.
Según su tamaño tenemos:
Cartuchos cilíndricos:
Tipo CI00, de 8,5 x 31,5 mm, para fusibles de 1 a 25 A. Tipo CI0, de 10 x 38 mm, para fusibles de 2 a 32 A. Tipo CI1, de 14 x 51 mm, para fusibles de 4 a 40 A. Tipo CI2, de 22 x 58 mm, para fusibles de 10 a 100 A.
Cartucho fusible 14 x 51 mm, 25 A. Fusibles tipo D:
Tamaño de 25 A, para fusibles de 2 a 25 A. Tamaño de 63 A, para fusibles de 35 y 50 A. Tamaño de 100 A, para fusibles de 80 y 100 A.
Fusible y portafusible tipo D.
Fusibles tipo D0:
Tipo D01, para fusibles de 2 a 16 A. Tipo D02, para fusibles de 2 a 63 A. Tipo D03, para fusibles de 80 y 100 A.
Fusible D02, 63 A.
Fusibles tipo de cuchillas o también llamados NH de alto poder de ruptura (APR): Tipo CU0, para fusibles desde 50 hasta 1250 A. Tipo CU1, para fusibles desde 160 hasta 250 A. Tipo CU2, para fusibles desde 250 hasta 400 A. Tipo CU3, para fusibles desde 500 y 630 A. Tipo CU4, para fusibles desde 800 hasta 1250 A.
Fusible NH00 o de cuchillas, 40 A
Otra denominación de los fusibles de cuchillas o NH:
Tamaño 00 (000), 35 a 100 A Tamaño 0 (00), 35 a 160 A Tamaño 1, 80 a 250 A Tamaño 2, 125 a 400 A Tamaño 3, 315 a 630 A Tamaño 4, 500 a 1000 A Tamaño 4a, 500 a 1250 A
Interior de un fusible NH, elemento fusible tipo lámina y a la izquierda la arena de cuarzo. Foto: viatger.
En cuanto a la clase de servicio los fusibles vienen designados mediante dos letras; la primera nos indica la función que va a desempeñar, la segunda el objeto a proteger:
Primera letra. Función.
Categoría “g” (general purpose fuses) fusibles de uso general.
Categoría “a” (accompanied fuses) fusibles de acompañamiento.
Segunda letra. Objeto a proteger.
Objeto “I”: Cables y conductores. Objeto “M”: Aparatos de conexión. Objeto “R”: Semiconductores. Objeto “B”: Instalaciones de minería. Objeto “Tr”: Transformadores.
La combinación de ambas letras nos da múltiples tipos de fusibles, pero tan solo pondré los más habituales o utilizados:
Tipo gF: Fusible de fusión rápida. Protege contra sobrecargas y cortocircuitos.
Tipo gT: Fusible de fusión lenta. Protege contra sobrecargas sostenidas y cortocircuitos.
Tipo gB: Fusibles para la protección de líneas muy largas.
Tipo aD: Fusibles de acompañamiento de disyuntor.
Tipo gG/gL: Norma CEI 269-1, 2, 2-1. Es un cartucho limitador de la corriente empleado fundamentalmente en la protección de circuitos sin puntas de corriente importantes, tales como circuitos de alumbrado, calefacción, etc.
Tipo gI: Fusible de uso general. Protege contra sobrecargas y cortocircuitos, suele utilizarse para la protección de líneas aunque se podría utilizar en la protección de motores.
Tipo gR: Semiconductores.
Tipo gII: Fusible de uso general con tiempo de fusión retardado.
Tipo aM: Fusibles de acompañamiento de motor, es decir, para protección de motores contra cortocircuitos y por tanto deberán ser protegido el motor contra sobrecargas con un dispositivo como podría ser el relé térmico.
En general todos los fusibles cuando se funde uno por la causa que sea el resto de los fusibles que no han fundido muy posiblemente hayan perdido las características de fábrica al ser atravesados por corrientes y tensiones que no son las nominales, es por eso que en un sistema trifásico cuando funde un fusible lo correcto es cambiar los tres así como en un sistema monofásico lo correcto es cambiar ambos fusibles cuando uno de ellos ha fundido.
Fusible NH con su maneta de extracción.
Al cambiar los fusibles NH utilizar siempre la maneta y NO utilizar los alicates universales para retirar estos fusibles y menos con tensión.
Los fusibles de cuchillas o los de cartucho pueden llevar percutor y/o indicador de fusión, el percutor es un dispositivo mecánico que funciona cuando funde el fusible que hace moverse un percutor que generalmente acciona un contacto que señaliza la fusión del fusible y/o actuar una alarma.
Fusible utilizado en instalaciones ferroviarias, el punto rojo que se ve arriba es el percutor que en caso de fundir sobresaldría, encima de este percutor se alojaría el contacto que acciona la señal de fusible fundido. Foto viatger.
El indicador de fusión es una especie de círculo que salta cuando el fusible ha fundido, el color indica el amperaje según la siguiente tabla:
Rosa = 2 A Marrón = 4 A Verde = 6 A Rojo = 10 A Negro = 13 A Gris = 16 A Azul = 20 A Amarillo = 25 A Negro = 32, 35 ó 40 A Blanco = 50 A Cobre = 63 A Plata = 80 A Rojo = 100 A
Existen muchos tipos de fusibles vamos a repasar los más importantes:
Fusibles cilíndricos de vidrio que se suelen utilizar como protectores en receptores como electrodomésticos, radios, fuentes de alimentación, centratilas detectoras de incendios, etc.
Fusibles vidrio. Cuando se cambian estos fusibles se deben sustituir por otro de las mismas características, no tan solo se debe mirar la tensión y amperaje que soporta además se debe tener en cuenta la letra que lleva antes del amperaje porque según cual sea la letra (F, FF, T, etc.) el fusible es más o menos rápido en su fusión.
Tabla fusibles de vidrio. Letras indicadoras del comportamiento a la fusión del fusible.
Fusibles para vehículos.
En los fusibles para vehículos normalmente viene indicado en el manual de entretenimiento del coche cuales son los amperajes que deben ir en cada circuito no obstante el amperaje se indica mediante un código de colores:
Marrón = 5 A Rojo = 10 A Azul = 15 A Amarillo = 20 A Incoloro = 25 A Verde = 30 A
Fusibles para semiconductores.
Fusible de expulsión para alta tensión.
Diferentes representaciones del fusible según diversas normas.
Fusibles HH de alto poder de ruptura (APR) para alta tensión.
Fusible de 10 A plano para modelo Metrópoli, aunque quedan aún instalados se tiende a su sustitución. Foto viatger.
Diversos tipos de fusibles utilizados en instalaciones ferroviarias. Foto viatger.
En mi experiencia profesional los fusibles que más he utilizado (o he cambiado) son los del Tipo gI , gG/gL, aM, NH y fusibles de vidrio, no obstante no es relevante porque según en el sector que uno/a trabaje utilizará más un tipo de fusibles que otros.
Interruptores Diferenciales
La utilización de
interruptores diferenciales es la más usual para proteger a las personas contra contactos directos e indirectos.
Se denomina
contacto directo, cuando una persona toca una masa o chasis metálico que está derivado o en contacto con una fase activa, debido a una avería por fallo de aislamiento:
En este caso si la masa metálica estuviera conectada a un “buen” sistema de
puesta a tierra, es decir con un valor de tierra bajo ( menor de 37 ohmios), no existiría diferencia de potencial entre la persona y tierra, no dándole "corriente" a dicha persona.
Si la tierra fuese mala o no existiese, pasaría la corriente de defecto por la persona y sentiría los efectos del citado paso, llegando incluso a
parar el corazón (fibrilar) y
produciendo la muerte.
Si el
contacto fuese
directo, es decir, que la persona toca directamente una fase activa ( por ejemplo, un niño con un elemento metálico al introducirlo en una base de enchufe), en este caso un buen sistema de puesta a tierra no está protegiendo al citado niño.
Por los motivos expuestos anteriormente, hay que utilizar un elemento que sea capaz en cualquier tipo de defecto ( directo o indirecto), de abrir el circuito antes de producir la parada cardiaca en la persona. Este aparato es un
INTERRUPTOR DIFERENCIAL.
Es de todos conocido, que el interruptor diferencial detecta una fuga de corriente que no retorne a la red y se cierre por la tierra hasta el transformador de potencia que alimenta a la citada red. Si la fuga detectada por un núcleo magnético es superior a la sensibilidad del diferencial, éste produce la apertura del circuito que alimenta, protegiendo de esta forma a la persona.
Por tanto, una de las características que hay que considerar en los interruptores diferenciales (I.D.) es la sensibilidad del mismo, que normalmente se facilita en miliamperios. Los I.D. más comúnmente utilizados son de 30mA y 300mA. Los de 30 mA son los llamados de alta seguridad y suelen emplearse en las líneas que alimentan directamente a receptores que pueden ser tocados por las personas. Los de 300 mA. suelen utilizarse en las líneas de fuerza y en aquellos receptores que no se pueden tocar de forma directa por las personas, por su ubicación ( equipos de aire acondicionado, extractores, etc) o bien en receptores de doble aislamiento, llamados de clase II o con el siguiente anagrama.
Otra característica será el número de polos, que en todos los casos debe cubrir todos los hilos de la línea, incluyendo el neutro ( el conductor de tierra no se incluye). Industrialmente existen I.D. de dos y cuatro polos (bipolares o tetrapolares(no existe de tres polos). Es decir si hay que proteger una línea trifásica a tres hilos( alimentación de motores) se utilizará un I.D.tetrapolar.
La tercera característica que se debe considerar es la corriente (Intensidad Nominal) que es capaz de soportar sus contactos y que siempre debe ser igual o mayor que la suma de las intensidades de los automáticos que tiene a la salida, o bien hay que poner un interruptor automático encima del I.D. de igual o menor intensidad que la que soporta el diferencial. En el mercado se encuentran diferenciales con una intensidad nominal hasta
63 Amperios, si hubiese que proteger líneas con una mayor intensidad, se recurre a una combinación de Interruptor automático, combinado con un núcleo toroidal acompañado de un relé que actúa sobre el interruptor automático abriéndolo. Es decir que el núcleo toroidal detecta la fuga, activa el relé de acompañamiento y este provoca la apertura del automático.
La última característica a considerar es la clase de diferencial, existiendo en la actualidad, las siguientes:
Diferenciales clase AC. 
Los primeros dispositivos diferenciales que salieron al mercado eran los de clase AC, sensibles sólo a corrientes de fugas alternas, que funcionaban correctamente, hasta que empezaron a incorporarse en las redes componentes electrónicos como diodos, tiristores,triacs, debido a la incorporación de los variadores de frecuencia, arrancadores electrónicos, ordenadores, etc, que producen corrientes pulsantes y componentes continuas que son tan peligrosas como las alternas, ya que generan la misma tensión de contacto. Las componentes pulsantes, provocan aperturas intempestivas del diferencial, sin existir derivación o fuga a tierra. La componente continua, no provoca la apertura del diferencial, provoca tensiones peligrosas para la persona que no son detectadas por el diferencial.
Diferenciales clase A. 
Para resolver los problemas enunciados anteriormente, de no actuación por las fugas de corriente continua de tipo pulsante, se utiliza el diferencial de clase A, que modifica el núcleo magnético, con el objeto de que el mismo sea capaz de detectar estas corrientes.
Diferenciales clase A, superinmunizados (si). 
A pesar de utilizar en instalaciones con elementos electrónicos, diferenciales clase A, se continua produciendo
disparos intempestivos en instalaciones sometidas a fuertes
cargas de elementos electrónicos, como pueden ser los balastos de alumbrado, arrancadores, variadores de velocidad, y gran cantidad de ordenadores. Además de una falta de seguridad por el bloqueo del disparo o cegado del diferencial, impidiendo que este actúe en presencia de otros defectos que son peligrosos para las personas. Para evitar este problemas, han surgido los diferenciales superinmunizados, que incorpora filtros de alta frecuencia, que evitan el cegado del diferencial, así como evita el disparo intempestivo, discriminando de un defecto real, utilizando para ello un circuito que acumula la energía, de tal forma que hasta que esta no sea real no produce la apertura.
El diagrama de bloques del citado diferencial, es el siguiente:
