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Mediciones de corrientes de fuga. Conceptos básicos.

11 Feb 2021 | Pinzas

En cualquier instalación eléctrica, por el conductor de protección circula cierta corriente a tierra. Esta corriente se denomina normalmente corriente de fuga, y normalmente fluye por el aislamiento que rodea a los conductores y por los filtros que protegen los equipos electrónicos tanto en oficinas como en el propio hogar. ¿Cuál es el problema? En circuitos protegidos por interruptores de corriente por fallo de conexión a tierra (GFCI, por sus siglas en inglés), la corriente de fuga puede causar disparos innecesarios e intermitentes. En casos extremos, puede provocar una tensión elevada en los elementos y partes conductoras accesibles.

Causas de las corrientes de fuga

El aislamiento, a nivel eléctrico, presenta ciertas características de resistencia y capacitancia y en consecuencia conduce corriente a través de ambas vías. Dado que el valor de resistividad del aislamiento es elevado, la fuga de corriente debería ser mínima. Pero, si el aislamiento es antiguo o está dañado, la resistencia es menor y es posible que fluya una cantidad importante de corriente. Además, los conductores más largos tienen una mayor capacitancia, lo que provoca más corriente de fuga. Por eso, los fabricantes de disyuntores GFCI recomiendan que la longitud de los alimentadores unidireccionales sea de un máximo de 76,2 m (250 pies).

Los equipos electrónicos, por su parte, incorporan filtros diseñados para proteger contra sobretensiones y otras perturbaciones eléctricas. Estos filtros normalmente incorporan condensadores en la entrada, los cuales añaden más capacidad a la propia del sistema de distribución, favoreciendo de esta forma el incremento de las corrientes de fuga.

Soluciones para minimizar los efectos de las corrientes de fuga

La pregunta es: ¿cómo se pueden eliminar o minimizar los efectos de las corrientes de fuga? Cuantifique la corriente de fuga y luego identifique el origen de la misma. Uno de los métodos para hacerlo es mediante una pinza amperimétrica para medir corrientes de fuga. Este instrumento, de apariencia muy similar a una pinza amperimétrica para medida de corrientes de carga, proporciona una alta precisión a la hora de medir corrientes pequeñas, inferiores a 5 mA. La mayoría de las pinzas amperimétricas simplemente no registran corrientes tan pequeñas.

Una vez colocada la mordaza de la pinza amperimétrica alrededor del conductor, el valor de corriente que mide dependerá de la intensidad del campo electromagnético alterno que rodea a los conductores.

Para medir de forma precisa corrientes pequeñas, es esencial que los extremos de la mordaza no presenten ningún daño o deformación, que se mantengan limpios y ajusten perfectamente cundo se cierre la mordaza. Procure no doblar la mordaza de la pinza amperimétrica ya que esta situación puede dar lugar a mediciones incorrectas.

La pinza amperimétrica detecta el campo magnético que rodea a los conductores, como un cable de un solo núcleo, un cable blindado de alambre, una tubería de agua, etc.; o los conductores de fase por pares o neutros de un circuito monofásico; o todos los conductores activos (de 3 o 4 cables) de un circuito trifásico (como un GFCI o un dispositivo de corriente residual).

Cuando se mide en varios conductores activos agrupados, los campos magnéticos producidos por las corrientes de carga de cada conductor se anulan mutuamente. Cualquier desequilibrio o diferencia de corriente es consecuencia de las fugas que se producen por los conductores a tierra u otros caminos alternativos. Para medir esta corriente, una pinza amperimétrica de corriente de fuga debería ser capaz de medir corrientes inferiores a 0,1 mA.

Por ejemplo, tomar una medición de un circuito de 240 V CA con todas las cargas desconectadas puede dar como resultado un valor de fuga de 0,02 A (20 mA). Este valor representa una impedancia de aislamiento de:

240 V / (20 x 10-6) = 12 MΩ. (Ley de Ohm R=V/I)

Si llevó a cabo una prueba de aislamiento en un circuito desconectado, el resultado debería estar en el orden de los 50 MW o superior. Esto se debe a que el comprobador de aislamiento utiliza tensión CC para la comprobación, situación que no tiene en cuenta los efectos capacitivos en la instalación. Sin embargo, el valor real de la impedancia de aislamiento sería el valor real que se mediría en condiciones de funcionamiento normales.

Si se midiese el mismo circuito cargado con los equipos de una oficina (ordenadores, monitores, fotocopiadoras, etc.), el resultado sería bastante diferente, debido a la capacidad de los filtros de entrada de estos dispositivos. El efecto es acumulativo, cuantos más equipos estén conectados a la instalación, mayor será la corriente total de fuga pudiendo estar en el orden de los miliamperios. Agregar piezas del equipo nuevas a un circuito protegido por un GFCI podría disparar el GFCI. Y debido a que la cantidad de corriente de fuga varía en función del funcionamiento del equipo, es posible que el GFCI se dispare aleatoriamente, siendo este tipo de problemas, uno de los más difíciles de diagnosticar.

Una pinza amperimétrica detectará y medirá una amplia gama de corrientes alternas o variables que pasen por el conductor que se está comprobando. Cuando existan equipos de telecomunicaciones, el valor de la fuga indicado por la pinza amperimétrica puede ser considerablemente superior al resultante como consecuencia de la impedancia de aislamiento a 60 Hz. Esto sucede porque es típico que el equipo de telecomunicaciones incorpore filtros que producen corrientes de conexión a tierra funcionales y otros equipos que produzcan armónicos. Solamente puede medir la fuga característica a 60 Hz con una pinza amperimétrica que incorpora un filtro de paso de banda para quitar las corrientes a otras frecuencias.




Medición de la corriente de fuga a tierra

Cuando las cargas están conectadas, la corriente de fuga medida incluye también las corrientes de fuga de los propios equipos conectados. Si la corriente de fuga es aceptablemente baja con la carga conectada, la corriente de fuga del cableado de la instalación será todavía más baja. Si se precisa medir solamente la corriente de fuga del cableado de la instalación, desconecte la carga.

Compruebe los circuitos monofásicos pinzando simultáneamente los conductores de fase y neutro. El valor medido reflejará cualquier corriente que fluya a tierra.

Compruebe los circuitos trifásicos pinzando los tres conductores de fase. Si el neutro está disponible, la pinza debe abrazarlo también junto con el resto de los conductores de fase. El valor medido reflejará cualquier corriente que fluya a tierra.

Medida de la corriente de fuga a través del conductor de tierra

Para medir la corriente de fuga total que fluye por una toma de tierra concreta, coloque la pinza alrededor del conductor de tierra.

Medida de la corriente de fuga a tierra a través de rutas de conexión a tierra involuntarias.

Si se abrazan juntos fase/neutro/tierra, se podrá identificar la corriente de fuga en la toma o en el cuadro eléctrico a través de rutas a tierra involuntarias (como por ejemplo en un cuadro eléctrico metálico asentado sobre una base de hormigón). Si existen otras conexiones eléctricas a tierra (como una conexión a una tubería de agua), se pueden detectar corrientes similares.

Rastreo del origen de la corriente de fuga

La realización de una serie de mediciones puede identificar las diferentes corrientes de fuga y su origen. La primera medición puede tomarse en los conductores de acometida del cuadro. A continuación se realizan las mediciones 2, 3, 4 y 5 para identificar las corrientes de fuga de los diferentes circuitos. j k l m n

Resumen

La corriente de fuga puede ser un indicador de la eficacia del aislamiento de los conductores. Pueden existir altos niveles de corriente de fuga en circuitos donde se usan equipos electrónicos con filtros, que pueden provocar tensiones que perturben el funcionamiento normal de los equipos. Es posible localizar el origen de las corrientes de fuga utilizando una pinzas de corrientes de fuga para corrientes pequeñas para realizar mediciones siguiendo el procedimiento descrito anteriormente. Si fuera necesario, este conocimiento de las corrientes de fuga en su instalación le permitirá redistribuir las cargas en dicha instalación de una forma más equilibrada.