¿Cómo y porqué probar los interruptores diferenciales?

A efectos de evitar la electrocución (o dicho de otra manera evitar la ocurrencia de desfibrilación ventricular) así como para evitar incendios en instalaciones eléctricas ante un fallo a tierra, es aconsejable la instalación de dispositivos de protección diferencial. Existen en el mercado interruptores automáticos diferenciales que integran la potección magnetotérmica y diferencial, interruptores diferenciales automáticos que únicamente cumplen la función diferencial, interruptores diferenciales que actúan sobre bobinas de disparo de interruptores de protección, entre varios otros. A su vez se ofrecen con diferentes sensibilidades (10 mA, 30 mA, 100 mA, etc) para permitir la selectividad y diferentes tiempos de actuación. Existen en la actualidad también los llamados diferenciales super inmunizados (o temporizados) para evitar actuaciones debido a las fugas a tierra de la electrónica (común en equipos con fuentes tales como PCs entre otros)

Un capítulo aparte es el tipo de diferencial a utilizar según la composición de la calidad de energía eléctrica en la instalación donde será utiizado. La norma IEC 60755 define cuatro tipos. Los tipo AC son diseñados para uso general en formas de ondas residuales senoidales. Los tipo A adicionan al tipo AC la capacidad de detectar corriente residual de continua pulsante (máximo 6 mA). Tales formas de onda pueden ser causadas por ejemplo por un circuito rectificador de tiristores o diodos en cargas electrónicas. Están los tipo F se han introducido recientemente en las normas IEC 62423 e IEC60755. Estos además de las características de detección de los diferenciales de tipo A, los de tipo F están especialmente diseñados para la protección de circuitos en los que se pueden utilizar variadores de velocidad monofásicos, elementos que cada vez se usan más por motivos de eficiencia energética. En estos circuitos, la forma de onda de la corriente residual podría ser una combinación de múltiples frecuencias, incluida la frecuencia del motor, la frecuencia de conmutación del convertidor y la frecuencia de la línea.  El tipo F no se dispara con sobrecorriente y pueden actuar  incluso si se superpone una corriente continua pura de 10 mA a una corriente diferencial de dc sinusoidal o pulsada. Por último se define el tipo B que puede detectar ac sinusoidal, dc pulsante, multifrecuencia, así como corrientes residuales de CC uniformes. Además, las condiciones de disparo se definen con diferentes frecuencias desde 50 Hz hasta 1 kHz. En una red de distribución eléctrica de ac, una corriente residual de dc pura puede generarse principalmente a partir de circuitos rectificadores trifásicos, pero también de algunos rectificadores monofásicos específicos. Los diferenciales de tipo B están destinados a cargas con rectificador trifásico, como variadores de velocidad, sistemas fotovoltaicos, estaciones de carga de vehículos eléctricos y equipos médicos.

Para evitar la electrocución se toma como valor límite 30 mA. Esto surge de la recomendación de la norma IEC 60479-1 tal como se muestra en la figura. Dicha norma muestra diferentes curvas de corriente por cuerpo en función del tiempo de falla clasificando las áreas según el efecto. Para evitar efectos irreversibles debemos asegurarnos estar al menos en la zona AC3 y eso se logra con un diferencial que, en peor caso, actúe en 30 mA

Dicha norma establece que la impedancia del cuerpo ante fallo en entorno seco para un 95% de la población es de 1700 ohmios. Esto implica que en una red de 230 Vac la tensión de toque máxima permitida es de 50 V (ley de ohm sabiendo la corriente diferencial es 30 mA y la impedancia del cuerpo 1700 ohios), cambiando el valor para un entorno húmedo a 24 V. Esto es así para frecuencia fundamental y se presentan diferentes curvas para frecuencias superiores. Estos valores son parte de los tomados por reglamentos de instalaciones en diferentes países.

Es importante mencionar que el diferencial no sólo cumple la función de protección de la persona sino de protección de la instalación. Estudios realizados muestran que corrientes de fuga tan bajas como 300 mili amperios pueden causar un incendio. Una superficie de aislamiento contaminada en entorno húmedo puede causar pequeñas descargas eléctricas que causan carbonización. Este entorno causa un aumento en la conductividad. En esa condición los depósitos de carbono y el aislamiento pueden cuasar ignición y provocar por tanto un incendio.

Pero es importante entender entonces que cuando hablamos de protección diferencial nos referimos a un equipo que tiene una curva de actuación y no un valor fijo. Esta curva admite como valor máximo, por ejemplo de 30 mA, en un tiempo determinado. La norma IEC 60364 que refiere a instalaciones en edificios en su parte 4 (protección contra choques eléctricos) menciona que el diferencial domiciliario actuará como peor condición en 30 mA y 40 ms (mili segundos). Establece valores de ensayo según tipo de aterramiento de neutro (red TN, TT o IT) como podemos ver abajo

También los valores de ensayos de diferenciales se establecen en los estándares IEC 61008 (Interruptores automáticos operados por corriente residual sin protección contra sobrecorriente integral para usos domésticos y similares) y 61009 (Interruptores automáticos operados por corriente residual con protección contra sobrecorriente integral para usos domésticos y similares)

Los diferenciales deben ser probados periódicamente para verificar que sigue cumpliendo las condiciones de diseño y por tanto la instalación continúa siendo segura. Para probarla el estándar IEC 61557-6 establece tiempos máximos de actuación, por ejemplo para diferenciales no temporizados y temporizados de uso general

Es claro entonces que la protección diferencial es de vital importancia tanto para las personas como para la seguridad de las instalaciones. Pero como todo elemento es propenso a tener fallas, a romperse o actuar fuera de su condición de diseño. Por tanto DEBEN SER PROBADOS periódicamente. Para ello existen varios instrumentos que permiten seleccionar el tipo de diferencial, la norma a utilizar y realizar el ensayo completo de forma automática. El instrumento debe permitir al menos medición de tiempo de actuación, corriente de disparo, tensión de toque (para verificar condición segura de instalación) y permitir el ensayo automatizado en todos los putnos de la curva de la norma (diferentes corrientes verificando los tiempos de actuación y registrando los mismos). Algunos ensayos se realizan con valores bajos (Debajo de  debajo de la mitad de la corriente de actuación) tal que permite realizar la medición sin actuación del diferencial asegurando continuidad de servicio y verificación al mismo tiempo. Para ensayar la corriente de dispar el incremento será según tipo de diferencial a ensayar utilizando forma de onda senoidal, pulsada o dc según corresponda. El ensayo automático implica inyección de corriente con diferentes ángulos de fase y diferetes valores de corriente debiendo el interruptor actuar en algunos casos y no actuar en otros. Todo el procedimiento queda registrado al final del proceso.

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