(3) NUEVAS SOLUCIONES PARA VIEJOS PROBLEMAS: LOS DISPOSITIVOS DE DETECCIÓN DE FALLO DE ARCO.

Comentábamos en el artículo anterior el hecho de que con la introducción de las tres tecnologías de control de las sobreintensidades que en él describíamos, tiempo dependiente, tiempo independiente y de derivación, la seguridad de las instalaciones había mejorado de forma tal que durante muchos años pareció que pocas cosas más se podían hacer para reducir de forma apreciable los riesgos asociados a la distribución de la energía eléctrica en el hogar; polo menos a un coste razonable.

Sin embargo el porcentaje de los incendios de origen eléctrico, aunque que se había reducido de forma muy apreciable con la puesta en funcionamiento de las protecciones antes descritas, continuaba y continua, siendo demasiado elevada para los niveles de exigencia actuales. Más de cien mil incendios al año, con muertos y heridos, miles de millones de euros en daños materiales, y en algunos casos con pérdidas irreparables de bienes históricos o artísticos, son razones suficientes como para investigar un poco más en los orígenes de un incendio de origen eléctrico y en su detección temprana. En esta investigación se llegó a la conclusión de que una parte muy importante de estos incendios se podían atribuir a defectos en la instalación eléctrica causados por fallos de arco.

Pero, ¿que son los fallos de arco? Recordemos que los defectos eléctricos se pueden dividir genéricamente en faltas serie y faltas paralelo. Las faltas serie son las interrupciones de la continuidad de uno o más de los conductores activos del sistema, y las faltas paralelo el paso al estado de conducción eléctrica de un aislamiento. Dicho de otra forma: los defectos en el conductor originan las faltas serie y los defectos en el aislamiento originan las faltas paralelo. Tradicionalmente se asumía que la pérdida de continuidad eléctrica en las faltas serie era siempre total, y que la impedancia del defecto en las faltas paralelo igual a cero. Esta simplificación, necesaria en su momento para poder realizar los elementos de protección tecnológicamente posibles y económicamente rentables en una época concreta, no lo es en la actualidad. Podemos, y debemos, asumir que en muchas ocasiones la pérdida de continuidad en los conductores en una falta serie non es tal, sino una disminución de la sección útil, normalmente por rotura de alguno de los hilos de los que está compuesta la sección total, y que la impedancia del defecto en una falta paralelo es distinta de cero. Para llegar a comprender de cómo se producen los fallos de arco analizaremos brevemente su origen en los dos casos citados: falta serie y falta paralelo.

Falta serie sin pérdida total de continuidad.

Las terminaciones y empalmes incorrectamente realizados, los contactos y conexiones sueltas o flojas, que non fueron reapretadas después de la puesta en marcha de la instalación, o aquella que en el pelado del conductor perdieron parte de los hilos que forman la filástica del cable, los aplastamientos de los cables por variadas causas, los cables para instalaciones fijas utilizados para servicios móviles, son algunas de las múltiples causas de diminución, a veces muy grave, de la sección del conductor. Cuando un cable en estas condiciones, es sometido a la circulación de la intensidad de corriente para la que fue calculado, se calienta muy por encima de su temperatura máxima, circunstancia esta que no va a ser detectada por las protecciones tiempo dependiente, para las que no está sucediendo nada anormal. El cobre del conductor comienza un proceso de oxidación acelerado que agrava aún más la situación pudiendo llegar a la pérdida de material. Por desgracia esta pérdida no conduce a la interrupción de la conducción eléctrica sino que habitualmente está se va a mantener a través de un arco eléctrico que acabará siendo un factor primordial en el origen del incendio.

Falta paralelo a impedancia mayor que cero.

En este caso son las agresiones que pueda sufrir el aislamiento nuestro motivo de preocupación. En el caso de las instalaciones empotradas un clavo o un taladro en la pared, radios de curvatura demasiado pequeños en el trazado de las canalizaciones, y los excesivos esfuerzos de tracción en el tendido del cable son las causas más frecuentes de problemas en los aislamiento de estas canalizaciones, mientras que en el caso das instalaciones superficiales lo son los golpes y en las instalaciones móviles el aplastamiento por el paso de vehículos y la caída de objetos y herramientas sobre estos cables, las causas más citadas. También son habituales causas de deterioro del aislamiento la acción de los roedores y el agrietamiento de este por envejecimiento natural o acelerado por las condiciones externas. Todas estas causas citadas y otras muchas que ahora no recordamos, pueden originar una conducción eléctrica esporádica o permanente entre conductores activos a través de un arco eléctrico que, como en el caso anterior, será uno de los elementos determinantes en el origen de un incendio.

Sistemas de detección del arco eléctrico.

Recordemos que los sistemas de protección convencionales, es decir los recogidos como obligatorios en el vigente REBT, carecen de la capacidad de detectar estas faltas serie sin pérdida total de continuidad ni las paralelo a impedancia mayor que cero, y menos todavía los arcos eléctricos asociados a ellas, mientras que los valores de la corriente que circula por el conductor permanezca por debajo de los valores que hemos asignado en el diseño de estas protecciones como normales. Es necesario, por lo tanto, desarrollar nuevas estrategias que nos permitan su detección inequívoca; ¡y económica!, no olvidemos que la protección debe tener un precio ajustado al valor de lo protegido y a la probabilidad de ocurrencia del problema a detectar.

La solución teórica parece clara: puesto que la falta puede producirse tanto en la canalización eléctrica como en el aparato conectado a ella, tendremos que diseñar un elemento que sea capaz de detectar la presencia de arcos eléctricos para ser instalado en el origen de la canalización eléctrica. El primer problema con el que se encontraron los diseñadores de la citada protección fue el hecho de que los motores eléctricos de algunos aparatos, como por ejemplo los secadores de pelo, las aspiradoras, taladro de mano, etc., producen pequeños arcos en su funcionamiento normal que es necesario distinguir con fiabilidad de aquellos que tienen su origen en las faltas antes descritas.

Por suerte en la actualidad la integración entre la electrotecnia y la electrónica es ya una realidad, y en poco tiempo las grandes firmas del sector han conseguido fabricar y poner en el mercado a un precio razonable un circuito detector que identifica con total seguridad la estructura característica de los arcos asociados a una y otra de las faltas descritas. No queda más que introducir dicho circuito en una caja modular, semejante a cualquiera de las otras de la aparamenta de protección modular instalado de forma que este nuevo dispositivo al detectar la aparición de uno de estos arcos provoque, por medios mecánicos o eléctricos, la apertura del interruptor magnetotérmico del circuito principal.

Resumen final.

A lo largo de estos tres artículos intentamos hacer un acercamiento a las tendencias actuales en la protección de los edificios contra los incendios de origen eléctrico. En la primera entrega relatábamos la mejora de la seguridad que las propias instalaciones eléctricas supusieron en los albores del siglo XX, y los riesgos característicos asociados a esta forma de energía, con especial atención al mito del cortocircuito.

En la segunda entrega analizábamos la evolución de los dispositivos de protección de las instalaciones eléctricas y, en consecuencia, de la mejora de la protección de los edificios contra los incendios de origen eléctrico. Los dispositivos a tiempo dependiente para la protección contra los problemas producidos por el exceso de potencia conectada; los dispositivos tiempo independiente para los problemas provocados por una falta paralelo entre conductores activos y, en consecuencia, la brusca generación de una gran cantidad de calor en un punto del circuito eléctrico; y finalmente los dispositivos de protección contra las faltas paralelo entre un conductor activo y el conductor de protección, denominados coloquialmente “diferenciales” y que incluyen la protección de personas.        

Finalmente en esta última entrega hablamos brevemente de los nuevos dispositivos de detección de fallo de arco que cierra el hueco de seguridad existente en las instalaciones, mejorando la protección de las personas, los edificios y sus contenidos.

(3) NOVAS SOLUCIÓNS PARA VELLOS PROBLEMAS: OS DISPOSITIVOS DE DETECCIÓN DE FALLA DE ARCO.

Comentabamos no artigo anterior o feito de que coa introdución das tres tecnoloxías de control das  sobreintensidades que nel describiamos, tempo dependente, tempo independente e de derivación, que a seguridade das instalacións mellorara de forma tal que durante moitos anos pareceu que poucas cousas máis se podían facer para reducir de forma apreciable os riscos asociados á distribución da enerxía eléctrica no fogar; polo menos a un custo razoable.

Con todo a porcentaxe dos incendios de orixe eléctrica, aínda que que se reduciu de forma moi apreciable coa posta en funcionamento das proteccións antes descritas, continuaba e continua sendo demasiado elevada para os niveis de esixencia actuais. Máis de cen mil incendios ao ano, con mortos e feridos, miles de millóns de euros en danos materiais, e nalgúns casos con perdas irreparables de bens históricos ou artísticos, son razóns suficientes como para investigar un pouco máis nas orixes dun incendio de orixe eléctrica e na súa detección temperá. Nesta investigación chegouse á conclusión de que unha parte moi importante destes incendios podíanse atribuír a defectos na instalación eléctrica causados por fallas de arco.

Pero, que son as fallas de arco? Lembremos que os defectos eléctricos pódense dividir xenericamente en fallas serie e fallas paralelo. As fallas serie son as interrupcións da continuidade dun ou máis dos condutores activos do sistema, e as fallas paralelo o paso ao estado de condución eléctrica dun illamento. Dito doutra forma: os defectos no condutor orixinan a fallas serie e os defectos no illamento orixinan as fallas paralelo. Tradicionalmente asumíase que a perda de continuidade eléctrica na fallas serie era sempre total, e que a  impedancia do defecto nas fallas paralelo igual a cero. Esta simplificación, necesaria no seu momento para poder realizar os elementos de protección tecnoloxicamente posibles e economicamente rendibles nunha época concreta, nono é na actualidade. Podemos, e debemos, asumir que en moitas ocasións a perda de continuidade nos condutores nunha falla serie  non é tal, senón unha diminución da sección útil, normalmente por rotura dalgún dos fíos dos que está composta a sección total, e que a  impedancia do defecto nunha falla paralelo é distinta de cero. Para chegar a comprender de como se producen as fallas de arco analizaremos brevemente a súa orixe nos dous casos citados: falla serie e falla paralelo.

Falla serie sen perda total de continuidade.

As terminacións e  empalmes incorrectamente realizados, os contactos e conexións soltas ou frouxas, que  non foron  repretadas despois da posta en marcha da instalación, ou aquela que no pelado do condutor perderon parte dos fíos que forman a  filástica do cable, os esmagamentos dos cables por variadas causas, os cables para instalacións fixas utilizados para servizos móbiles, son algunhas das múltiples causas de  diminución, ás veces moi grave, da sección do condutor. Cando un cable nestas condicións, é sometido á circulación da intensidade de corrente para a que foi calculado, quéntase moi por encima da súa temperatura máxima, circunstancia esta que non vai ser detectada polas proteccións tempo dependente, para as que non está a suceder nada anormal. O cobre do condutor comeza un proceso de  oxidación acelerado que agrava aínda máis a situación podendo chegar á perda de material. Por desgraza esta perda non conduce á interrupción da condución eléctrica senón que habitualmente esta vaise manter a través dun arco eléctrico que acabará sendo un factor primordial na orixe do incendio.

Falla paralelo á impedancia maior que cero.

Neste caso son as agresións que poida sufrir o illamento o noso motivo de preocupación. No caso das instalacións encaixadas un cravo ou un trade na parede, radios de curvatura demasiado pequenos no trazado das canalizacións, e os excesivos esforzos de tracción no tendido do cable son as causas máis frecuentes de problemas nos illamentos destas canalizacións, mentres que no caso dás instalacións superficiais o son os golpes, e nas instalacións móbiles o esmagamento polo paso de vehículos e a caída de obxectos e ferramentas, as causas máis citadas. Tamén son habituais causas de deterioración do illamento a acción dos roedores e o gretado deste por envellecemento natural ou acelerado polas condicións externas. Todas estas causas citadas e outras moitas que agora non lembramos, poden orixinar unha condución eléctrica esporádica ou permanente entre condutores activos a través dun arco eléctrico que, como no caso anterior, será un dos elementos determinantes na orixe dun incendio.

Sistemas de detección do arco eléctrico.

Lembremos que os sistemas de protección convencionais, é dicir os recollidos como obrigatorios no vixente  REBT, carecen da capacidade de detectar esta fallas serie sen perda total de continuidade nin as paralelo a impedancia maior que cero, e menos aínda os arcos eléctricos asociados a elas, mentres que os valores da corrente que circula polo condutor permaneza por baixo dos valores que asignamos no deseño destas proteccións como normais. É necesario, por tanto, desenvolver novas estratexias que nos permitan a súa detección inequívoca; e económica!, non esquezamos que a protección debe ter un prezo axustado ao valor do protexido e á probabilidade de ocorrencia do problema a detectar.

A solución teórica parece clara: posto que a falta pode producirse tanto na canalización eléctrica como no aparello conectado a ela, teremos que deseñar un elemento que sexa capaz de detectar a presenza de arcos eléctricos para ser instalado na orixe da canalización eléctrica. O primeiro problema co que se atoparon os deseñadores da referida protección foi o feito de que os motores eléctricos dalgúns aparellos, por exemplo os secadores de pelo, as aspiradoras, trade de man, etc., producen pequenos arcos no seu funcionamento normal que é necesario distinguir con fiabilidade daqueles que teñen a súa orixe nas faltas antes descritas.

Por sorte na actualidade a integración entre a electrotecnia e a electrónica é xa unha realidade, e en pouco tempo as grandes firmas do sector conseguiron fabricar e poñer no mercado a un prezo razoable un circuíto detector que identifica con total seguridade a estrutura característica dos arcos asociados a unha e outra das faltas descritas. Non queda máis que introducir devandito circuíto nunha caixa modular, semellante a calquera das outras da aparamenta de protección modular instalado de forma que este novo dispositivo ao detectar a aparición dun destes arcos provoque, por medios mecánicos ou eléctricos, a apertura do  interruptor magnetotérmico do circuíto principal.

Resumo final.

Ao longo destes tres artigos tentamos facer un achegamento ás tendencias actuais na protección dos edificios contra os incendios de orixe eléctrica. Na primeira entrega relatabamos a mellora da seguridade que as propias instalacións eléctricas supuxeron nos albores do século  XX, e os riscos característicos asociados a esta forma de enerxía, con especial atención ao mito do curtocircuíto.

Na segunda entrega analizabamos a evolución dos dispositivos de protección das instalacións eléctricas e, en consecuencia, da mellora da protección dos edificios contra os incendios de orixe eléctrica. Os dispositivos a tempo dependente para a protección contra os problemas producidos polo exceso de potencia conectada; o dispositivos tempo independente para os problemas provocados por unha falta paralelo entre condutores activos e, en consecuencia, a brusca xeración dunha gran cantidade de calor nun punto do circuíto eléctrico; e finalmente os dispositivos de protección contra as faltas paralelo entre un condutor activo e o condutor de protección, denominados coloquialmente “diferenciais” e que inclúen a protección de persoas.    

       

Finalmente nesta última entrega falamos brevemente dos novos dispositivos de detección de fallo de arco que pecha o oco de seguridade existente nas instalacións, mellorando a protección das persoas, os edificios e os seus contidos.