Si bien incluyen recursos electrónicos, y este será el enfoque principal en este artículo, al analizar su funcionamiento, los dispositivos DR o Disyuntores Diferenciales residuales (DDR), o bien, Dispositivos de Corriente Diferencial Residual son fundamentales en la seguridad de instalaciones eléctricas modernas. Vea en este artículo cómo funcionan.
La seguridad de las instalaciones eléctricas de todos los tipos es fundamental en nuestros días y muy bien especificada en las normas 5410. Aterramientos, aislamientos y todos los recursos disponibles para evitar que la electricidad cause daños a personas o sea causa de accidentes más graves están previstos .
Un recurso importante que se debe utilizar en todas las instalaciones eléctricas es lo que desconecta todo el circuito en caso de que alguien tome contacto con la instalación, por lo que se debe a una situación de descarga eléctrica.
Los dispositivos DR o DDR (disyuntores diferenciales residuales) son la solución para estas situaciones. A continuación, veremos cómo funcionan y cómo se deben utilizar en una instalación eléctrica.
El Circuito Eléctrico
Para suministrar energía eléctrica a un dispositivo cualquiera de modo que pueda ser aprovechada, transformándose en otra forma de energía, por ejemplo, luz, calor, movimiento, sonido, etc. no basta con conectar un cable que permita el transporte de las cargas.
Si sólo un hilo está conectado a las cargas llegan al aparato, pero no tiene para dónde ir, como muestra la figura 1.
Vea que las cargas no son la energía eléctrica, ellas simplemente transportan la energía. Así, ellas deben entregar la energía al dispositivo alimentado y tienen que ir a algún lugar.
Si no tienen donde ir, la corriente simplemente se para y nada más sucede.
Por este motivo, analizando entonces los casos en que los generadores alimentan lámparas, calentadores o LEDs, vemos que es necesario que las cargas eléctricas que forman la corriente deben realizar un recorrido o camino cerrado.
Saliendo de uno de los polos del generador, recorren todos los componentes entregando su energía, para luego llegar de vuelta al otro polo del mismo generador.
Debe, entonces, un recorrido o un camino completo (cerrado) para que una corriente pueda circular y suministrar energía. El dispositivo que proporciona energía es el generador y los que reciben son los receptores.
El camino total recorrido por la corriente, incluyendo los componentes, recibe el nombre de circuito eléctrico, como se muestra en la figura 2.
Es común llamar el recorrido total que una corriente debe hacer en un conjunto de componentes de "circuito eléctrico" o simplemente circuito.
El circuito es entonces formado por el conjunto de componentes que deben ejercer alguna función cuando son recorridos por una corriente.
Observe que si el circuito se interrumpe en cualquier punto, la corriente deja de circular por todo él, y el dispositivo o aparato deja de funcionar.
Lo importante al analizar el circuito eléctrico es que la intensidad de la corriente es la misma en todos sus puntos, o sea, la corriente es la misma antes y después de la lámpara.
La lámpara no consume electrones, sino tan sólo la energía que transportan, de modo que los electrones que salen de un polo del generador son igual que llegan al otro.
En la corriente alterna, los electrones oscilan, pero la oscilación es igual antes y después de la carga, o sea, la intensidad de la corriente también es la misma en todos los puntos del circuito.
El Choque Eléctrico
El cuerpo humano puede conducir a la corriente eléctrica.
Sin embargo, como nuestro sistema nervioso también opera con corrientes eléctricas, cualquier corriente que "venga de fuera" consiste en una fuerte interferencia que pueda causar serios problemas a nuestro organismo.
Dependiendo de la intensidad de la corriente que circula por nuestro organismo, pueden ocurrir varios efectos.
Si la corriente es muy débil, probablemente nada ocurrirá, pues el sistema nervioso no será estimulado lo suficiente para comunicarnos algo, y las propias células de nuestro cuerpo no sufrir influencia alguna.
Sin embargo, si la corriente es un poco más fuerte, el sistema nervioso ya puede ser estimulado y tener algún tipo de sensación como, por ejemplo, un "hormigueo".
Si la corriente es más fuerte aún, el estímulo ya proporciona la sensación desagradable del choque y hasta de dolor.
Finalmente, una corriente muy fuerte, además de poder paralizar órganos importantes como el corazón, puede aún dañar las células "quemándolas", pues corrientes intensas cuando encuentran cierta resistencia a su paso, generan calor.
La tabla abajo nos muestra las diversas franjas de corrientes y los efectos que causan sobre el organismo humano.
EFECTOS DE LA CORRIENTE EN EL ORGANISMO HUMANO
100 ?A a 1 mA - Umbral de la sensación
1 mA a 5 mA - hormigueo
5 mA a 10 mA - sensación desagradable
10 mA a 20 mA - pánico, sensación muy desagradable
20 mA a 30 mA - parálisis muscular
30 mA a 50 mA - la respiración se ve afectada
50 mA a 100 mA - dificultad extrema en la respiración, ocurre la fibrilación ventricular
100 mA a 200 mA - muerte
200 mA - además de la muerte tenemos signos de quemaduras severas
Obs: 1 ?A (un microampère = 1 millonésimas de ampère)
1 mA (un mA = 1 milésimo de ampère)
Una creencia que debe ser examinada con mucho cuidado, ya que muchas personas la aceptan como definitiva, es que usando zapatos de goma no se lleva shock y, por lo tanto, se puede mover a voluntad en instalaciones eléctricas. ¡Nada más mal!
Si la electricidad es tan peligrosa y, si incluso usando zapatos de goma el choque todavía puede ocurrir, es importante analizar el asunto más profundamente.
Como hemos visto, una corriente eléctrica sólo puede circular entre dos puntos, es decir, hay que haber un punto con potencial más alto y un punto de retorno o potencial más bajo.
La tierra es un punto de retorno, porque según vimos, las empresas de energía la usan para conectar el polo neutro. Esto quiere decir que si la persona está aislada de la tierra (usando un zapato con suela de goma o estando sobre una alfombra de goma u otro material aislante), se elimina un primer recorrido para la cadena, vea la figura 3.
Esto significa que si una persona, en estas condiciones, toca un punto de una instalación eléctrica que no sea neutro y, por lo tanto, hay un potencial alto (110 V o 220 V), la corriente no tendrá como circular y no habrá choque.
Recuerde: estando aislado de la tierra y tocando en un solo punto de una instalación eléctrica no hay choque, sin embargo, el uso de zapatos de goma no lo liberará del peligro de choque.
Sin embargo, si la persona toca al mismo tiempo en otro punto que ofrezca recorrido a la corriente por estar en el circuito para ello, ya sea por estar conectado a la tierra, el choque ocurrirá, independientemente de que la persona esté o no con zapatos de suela de goma , como muestra la figura 4.
Es por este motivo que una norma de seguridad en el trabajo con electricidad consiste siempre en tocar un punto del circuito en el que se está trabajando, si existe el peligro de que esté conectado.
¡Nunca sujete dos hilos, uno en cada mano! ¡Nunca apoyar una mano en un lugar en contacto con la tierra mientras se trabaja con la otra!
Detectando Fugas
Los dispositivos diferenciales de protección se basan exactamente en el hecho de que en todos los puntos de un circuito eléctrico la intensidad de la corriente debe ser la misma.
Esto sólo no va a ocurrir y algún elemento extraño al circuito desviar parte de la corriente de modo que tanto en el hilo fase como en el de retorno (neutro) las corrientes se alteren y queden diferentes.
En la figura 5 mostramos lo que ocurre en el caso de que alguien toque uno de los hilos de una instalación eléctrica, tomando choque por la corriente que, atravesando su cuerpo va a la tierra.
Así, una manera simple de detectar choque, fugas u otros problemas de un circuito consiste en comparar las corrientes en los dos hilos de la instalación.
Si las corrientes tienen la misma intensidad, entonces podemos decir que el circuito está en orden, y que sólo la carga está recibiendo la alimentación.
Sin embargo, si las corrientes tienen intensidades diferentes, entonces podemos decir que está habiendo una fuga, un corto a la tierra o entonces alguien está siendo afectada por un choque, siendo la causa de una desviación de corriente.
Es exactamente lo que hace el Dispositivo DR o DDR. Él compara las dos corrientes y en el momento en que se vuelven desiguales, apaga el circuito.
Para los Dispositivos DR comunes la sensibilidad suele estar alrededor de 30 mA.
En la figura 6 mostramos cómo se puede hacer con el uso de un transformador de corriente y un comparador de tensión.
En este circuito si las intensidades de las corrientes son iguales, la salida será cero. Si las intensidades son diferentes tendremos una tensión de salida.
Esta tensión de salida puede entonces ser usada para accionar un relé o disjuntos que desarma el circuito hasta que la causa de la fuga sea removida, o bien requiriendo el rearme de forma manual.
El dispositivo opera con el campo magnético de la corriente que pasa a través del hilo, que induce una tensión en las espiras de la bobina del toroide. Así, las pérdidas en el circuito prácticamente no existen. La corriente en el circuito no se ve afectada.
En la figura 7 tenemos el aspecto de un dispositivo de este tipo que incorpora el sistema sensor y el circuito de desarme.
La instalación del dispositivo es muy simple. Basta intercalarlo en la entrada del circuito eléctrico a ser protegido.
En la figura 8 tenemos los diversos modos de conexión de los dispositivos DR según Siemens (WWW.siemens.com.br)
Especificaciones
Los dispositivos DR se especifican básicamente por la corriente nominal del circuito que deben proteger y por la corriente residual que provoca el desarme del circuito.
Las corrientes residuales pueden variar entre 10 mA y 300 mA típicamente y para la protección contra cortocircuitos tenemos una protección adicional que es el disjuntos, especificados en ampères. Los valores en el rango de 16 a 125 A son comunes en las instalaciones comerciales y residenciales.
