Este capítulo describe dispositivos de protección eléctrica como fusibles y interruptores termo magnéticos. Explica que los fusibles contienen un alambre que se funde para interrumpir la corriente cuando se excede el límite, mientras que los interruptores termo magnéticos abren y cierran un circuito para protegerlo de sobrecargas y cortocircuitos usando elementos térmicos y magnéticos. También cubre características, tipos y aplicaciones de estos dispositivos.

1. CAPITULO 7
DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN
7.1 INTRODUCCIÓN
Es imposible para una corriente eléctrica circular por un conductor sin producir un
calentamiento en éste. Al incrementarse la corriente se eleva la temperatura en el conductor,
siendo el calor producido proporcional al cuadrado de la corriente.
Si la temperatura del conductor se eleva a valores no permisibles, el aislamiento se degrada
rápidamente presentándose grietas que pueden provocar cortocircuitos. Es por lo tanto
indispensable limitar la corriente a un valor máximo que dependerá del calibre del conductor.
Esto se logra mediante dispositivos de protección que pueden ser fusibles o interruptores
termo magnéticos.
7.2 FUSIBLES
Son elementos de protección que constan de un alambre o cinta de una aleación de plomo y
estaño con un bajo punto de fusión, que se funde cuando se excede el límite de corriente
para el cual fue diseñado, interrumpiéndose el circuito. Se fabrican en los tipos siguientes:
7.2.1 DE TAPÓN CON ROSCA.- Son usados generalmente en casas habitación y se
obtienen en capacidades de 10, 15, 20, 25 y 30 amperes. Las Normas Oficiales Mexicanas
prohíben el uso de fusibles tipo tapón en circuitos que tengan entre conductores tensiones
mayores de 127 V, excepto en el caso de que dichos circuitos estén alimentados por un
sistema con neutro a tierra y siempre y cuando la tensión de cualquiera de los conductores
con respecto a tierra no exceda de 150 V.
Figura 7.1 Fusibles tipo tapón.
7.2.2 DE CARTUCHO.- Pueden ser de tipo casquillo para capacidades de 3 a 60 amperes y,
de tipo navaja para capacidades de 75 a 600 amperes. Los listones fusibles en estos
dispositivos son renovables y los voltajes de operación pueden ser de 250 y de 600 V.
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2. _________________________________Capítulo 7______________________________ 121
De acuerdo con sus características eléctricas, los listones fusibles pueden ser de tipo normal
o de acción retardada. El tipo normal está formado por una cinta o alambre de sección
uniforme y el de acción retardada tiene varias partes con una sección mayor y las cuales
están diseñadas para absorber sobre corrientes por cortos intervalos de tiempo al disiparse
en estas áreas mayores el calor generado por las sobre corrientes. En las figuras 7.1 y 7.2 se
muestran esquemas de fusibles tipo casquillo y tipo navaja y, de listones fusibles de tipo
normal y de acción retardada respectivamente.
FUSIBLE TIPO CASQUILLO FUSIBLE TIPO NAVAJA
Figura 7.2 Diferentes tipos de fusibles de cartucho.
FUSIBLE DE ACCIÓN NORMAL
FUSIBLE DE ACCIÓN RETARDADA
Figura 7.3 Diferentes tipos de listones fusibles.
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3. _________________________________Capítulo 7______________________________ 122
Figura 7.4 Curvas típicas de operación de fusibles normales y de
acción retardada.
En la tabla No. 12 al final de esta obra, se dan las capacidades y dimensiones de los fusibles
tipo cartucho.
Estos fusibles deben colocarse en interruptores de seguridad cuyas características
principales son las siguientes:
TIPO NORMAL:
• Caja protectora de lámina, con puerta y palanca exterior.
• Tiro sencillo.
• Mecanismo rápido de desconexión para capacidades superiores a 60 amperes.
• Base de porcelana hasta capacidades de 100 amperes y de pizarra para
capacidades mayores.
• Dos o tres polos
TIPO PESADO:
• Puerta con seguro para evitar abrirla en posición de cerrado.
• Mecanismo rápido de conexión y de desconexión.
• Dispositivos de supresión del arco eléctrico.
• Partes conductoras plateadas.
7.3 INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Son dispositivos cuya función básica es proteger un circuito eléctrico contra fallas tanto de
sobrecarga como de cortocircuito. Es también función del termo magnético el abrir y cerrar
manualmente un circuito eléctrico.
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4. _________________________________Capítulo 7______________________________ 123
DIMENSIONES DE INTERRUPTORES DE SEGURIDAD, 3 POLOS, 600 VOLTS
Fig.7.5 Interruptor de Seguridad
7.3.1 CORRIENTE DE OPERACIÓN Y CAPACIDAD INTERRUPTIVA
La corriente de operación de un interruptor termo magnético es la corriente máxima a
régimen continuo y a una temperatura determinada, generalmente 40° C, a la cual el
interruptor trabaja sin dispararse. Existen algunos tipos de interruptores equipados con
compensadores térmicos que protegen el mecanismo del interruptor contra temperaturas
superiores a las de diseño.
Cuando un interruptor termo magnético opere a su máxima capacidad durante períodos
continuos de tres horas o más, deberá seleccionarse para un rango superior en un 25% a la
citada carga continua. Por ejemplo, si un circuito conducirá 100 amperes en un régimen
continuo, no deberá protegerse con un interruptor termo magnético de 100 amperes de
capacidad sino que, en este caso, deberá instalarse uno de 125 amperes.
La capacidad interruptiva de un termo magnético es la corriente máxima de cortocircuito que
de acuerdo con sus características de diseño, el interruptor puede manejar sin que exista
posibilidad de daños en sus mecanismos.
7.3.2 FACTORES QUE AFECTAN LA CAPACIDAD DEL I. T. M.
FRECUENCIA.- Para frecuencias hasta de 120 hertz no se tienen problemas en la capacidad
de conducción de un interruptor termo magnético. Para frecuencias mayores como las que
son usadas en algunos sistemas de cómputo, se reduce la ampacidad y la capacidad
interruptiva del termo magnético, debido al incremento de resistencia por calentamientos
producidos por efectos de las corrientes de Eddy. Para estos casos se requieren
calibraciones especiales o bien, considerar una capacidad superior a la nominal.
TEMPERATURA.- Los interruptores termo magnéticos se calibran a 40° C. Si no se tienen
compensadores térmicos, a temperaturas mayores se reduce la ampacidad de estos
dispositivos. A 50° C por ejemplo, la ampacidad disminuye de un 6 a un 9%, dependiendo de
la capacidad del interruptor. A 60° C, la ampacidad disminuye de un 13 a un 18%.
ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR.- Para alturas mayores a los 1830 msnm, es
necesario considerar una reducción en las capacidades de operación e interruptivas del
termo magnético, debido a que la menor densidad del aire no permite disipar eficientemente
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5. _________________________________Capítulo 7______________________________ 124
el calor existente en las partes conductoras. También se disminuye la capacidad dieléctrica y
no soporta los mismos niveles de voltaje que a alturas bajas.
7.3.3 TIPOS DE INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS
Existen dos tipos de interruptores termomagnéticos que son:
INSTANTÁNEOS.- En estos interruptores tanto las corrientes de sobrecarga como las de
cortocircuito energizan y hacen operar una bobina con núcleo movible que al desplazarse por
los efectos magnéticos de cualquiera de las corrientes antes señaladas, permite la operación
de resortes que abren los contactos del interruptor.
DE TIEMPO INVERSO.- Estos interruptores están formados por la combinación de un
elemento térmico y uno magnético. El elemento térmico consiste en la unión de dos placas
metálicas que tienen diferente coeficiente de dilatación. En caso de una sobrecarga
sostenida, el paso de la corriente calienta estas placas y su diferente coeficiente de dilatación
provoca una deformación que al actuar sobre la barra de disparo permite la operación de un
resorte que acciona el mecanismo de disparo del interruptor.
El elemento magnético consiste de una bobina con núcleo movible que provoca la apertura
del interruptor en forma instantánea cuando se presentan corrientes de cortocircuito. Esta
bobina está diseñada para no operar con corrientes de sobrecarga que no sean excesivas.
Por regla general puede establecerse que los interruptores termomagnéticos operan por
sobrecarga cuando la corriente es 20% superior a la nominal y se sostiene por 20 segundos
o más. En condiciones de cortocircuito la operación del interruptor es instantánea (del orden
de 0.010 seg.). En la figura 7.5 se muestra el diagrama esquemático de un interruptor termo
magnético de tiempo inverso.
Figura 7.6 Diagrama esquemático de un interruptor termo magnético.
OPERACIONES INDESEADAS DE LOS I. T. M.
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6. _________________________________Capítulo 7______________________________ 125
En ocasiones los termomagnéticos operan en forma indeseada lo cual puede deberse a los
siguientes motivos:
• Altas temperaturas ambientes.
• Terminales flojas. Hay falsos contactos, arcos eléctricos y corrientes superiores a la
normal que provocan el disparo del interruptor.
• Calibre inadecuado de conductores del circuito. Hay calentamientos, aumentos de
resistencia y disparo por sobrecarga.
• Motores con alto par de arranque. La excesiva corriente durante el arranque hace
operar el elemento magnético como si fuera corriente de cortocircuito.
Los interruptores termomagnéticos están colocados en cajas moldeadas de baquelita, fibra
de vidrio y resinas epóxicas que proporcionan una adecuada resistencia mecánica y
dieléctrica. Estas cajas moldeadas que se conocen como marcos, no varían de tamaño para
diferentes capacidades interruptivas, variando sólo las características de los diferentes
componentes del interruptor, lo que le da una mayor o menor resistencia para absorber los
esfuerzos electromecánicos provocados por corrientes de cortocircuito de diferente magnitud.
En la tabla No. 13 al final de esta obra se dan las capacidades y dimensiones de los
interruptores termomagnéticos que existen actualmente en el mercado.
7.3.5 ACCESORIOS DE LOS I.T.M.
Existen diferentes accesorios para los interruptores termo magnéticos y los cuales se
señalan a continuación, siendo pertinente señalar que estos dispositivos se montan
directamente en la fábrica por lo que, de requerirse alguno de ellos deberá solicitarse
expresamente.
BOBINA DE CONTROL.- Se utiliza para abrir o cerrar interruptores termomagnéticos desde
una estación remota.
BOBINA DE BAJA TENSIÓN.- Se energiza a 120 V de la línea que alimenta el I. T. M. a
través de un pequeño transformador de potencial. Cuando el voltaje de la línea baja al 80%
del valor nominal, provoca el disparo automático del interruptor. Este se podrá cerrar
nuevamente cuando el voltaje alcance de un 85 a un 90% del valor nominal. Este dispositivo
se utiliza para protección de motores y de otro equipo eléctrico, contra bajos voltajes.
CONTACTOS AUXILIARES O DE ALARMA.- Son contactos que al cerrarse, indican en
estaciones remotas si los interruptores están abiertos o cerrados o bien, operan alarmas
cuando un I. T. M. se dispara.
7.3.6 GABINETES DE LOS I. T. M.
Los interruptores termo magnéticos se instalan en centros de carga o tableros de alumbrado
que pueden ser de una, dos o tres fases; dos, tres o cuatro hilos; 120, 240, 480 ó 600 V y
donde pueden instalarse desde uno hasta 42 circuitos. Estos tableros o gabinetes se
clasifican de acuerdo con su construcción en los siguientes:
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7. _________________________________Capítulo 7______________________________ 126
NEMA 1. USOS GENERALES.- Para servicio interior, condiciones atmosféricas normales.
Está construido de lámina metálica.
NEMA 2. A PRUEBA DE GOTEO.- Para servicio interior. Ofrece protección contra goteo de
líquido. Las entradas de tubo conduit requieren de conectores especiales.
NEMA 3. SERVICIO INTEMPERIE.- Para servicio exterior; protección contra la humedad y el
polvo; resistente a la corrosión.
NEMA 3 R. A PRUEBA DE LLUVIA.- Para servicio exterior; resistente a la corrosión;
requiere de conectores especiales.
NEMA 4. A PRUEBA DE AGUA Y POLVO.- Servicio exterior; a prueba de salpicaduras de
agua; protección hermética contra polvo.
NEMA 5. A PRUEBA DE POLVO.- Para servicio interior; protección hermética contra el
polvo.
NEMA 7. A PRUEBA DE EXPLOSIÓN.- Para servicio interior o exterior en atmósferas
peligrosas por la presencia de gases explosivos. Su gabinete es fundido y requiere de
conectores especiales.
NEMA 9. A PRUEBA DE POLVOS EXPLOSIVOS.- Para servicio interior o exterior en
atmósferas peligrosas. Tiene protección hermética para evitar la entrada de polvo. Requiere
de conectores especiales.
NEMA 12. SERVICIO INDUSTRIAL.- Para servicio interior. Cuenta con protección contra
polvo, pelusas, goteo, salpicaduras, insectos, etc. Requiere de conectores de sello.
DIMENSIONES DE TABLEROS DE DISTRIBUCIÓN PARA EMPOTRAR, PARA
INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS DE UN POLO
Fig. 7.7 Tablero de I. T. M.
7.4 INTERRUPTORES DE TIPO ELECTRÓNICO
Son dispositivos de protección donde se han sustituido los elementos electromagnéticos de
los interruptores convencionales, por circuitos electrónicos. Estos interruptores han reducido
el tiempo de respuesta al cortocircuito, de 10 a 2.5 milisegundos. Pueden tener disparo y
cierre eléctrico además del manual, tienen amplios ajustes al disparo por sobrecarga (del 50
al 200%) y se pueden obtener hasta con cuatro funciones, las que son: disparo por
cortocircuito con retraso de tiempo lo cual permite una magnífica coordinación de las
protecciones, disparo por cortocircuito normal, disparo con amplio rango de ajuste por
sobrecarga y, disparo por falla a tierra.
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8. _________________________________Capítulo 7______________________________ 127
Los interruptores de tipo electrónico se fabrican actualmente sólo para altas capacidades de
corriente. generalmente de 600 a 6000 amperes y su costo es aún muy elevado en
comparación con los termomagnéticos convencionales.
7.5 INTERRUPTORES DE FALLAS A TIERRA
Son interruptores termo magnéticos especialmente diseñados para proteger a las personas
contra riesgos potenciales que se deriven de las fallas a tierra en equipos defectuosos y
herramientas portátiles. Estos dispositivos además de los elementos electromagnéticos
clásicos de los interruptores convencionales (elemento térmico y elemento magnético),
cuentan con un circuito electrónico de alta sensibilidad que permite detectar las fallas a tierra
aún cuando su corriente sea muy pequeña. En la figura 7.7 se muestran los diagramas de
conexiones para circuitos de contactos de 127 y 220 V que se encuentran protegidos por
interruptores termo magnéticos de fallas a tierra.
La sección 210-8 de las Normas Oficiales Mexicanas para Instalaciones Eléctricas
establecen que todos los contactos monofásicos de 127 V, instalados en baños, cocheras,
exteriores, espacios ocultos, desniveles o sótanos empleados como áreas de trabajo y, los
que se encuentren en la cocina a una distancia menor de 1.8m de piletas o fregaderos en
unidades de habitación, así como todos los contactos monofásicos de 127 V instalados en
baños de comercios, industrias u otros edificios, deberán tener interruptor protector de fallas
a tierra del tipo señalado en el párrafo anterior.
Figura 7.8 Diagrama de conexión de un interruptor de fallas a tierra.
7.7 SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN
7.7.1 MONOFÁSICO DOS HILOS
Consiste de una fase y neutro con voltaje de 127 V entre ellos. Se utiliza para casas
habitación chicas y medianas y para comercios pequeños.
7.7.2 MONOFÁSICO TRES HILOS
Se utiliza en casas habitación medianas, en comercios y locales de uso general con cargas
medianas y en aquellos lugares donde aún teniendo cargas pequeñas se requiere de
alimentación a 220 V. Este sistema consiste de dos fases y neutro.
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9. _________________________________Capítulo 7______________________________ 128
7.7.3 TRIFÁSICO TRES HILOS (DELTA)
Es utilizado para alimentar cargas bifásicas o trifásicas donde no se requiere neutro.
7.7.4 TRIFÁSICO CUATRO HILOS (ESTRELLA)
Cuenta con tres fases y con un neutro sólidamente aterrizado. Pueden utilizarse para cargas
de alumbrado que operen a 127 y a 220 V y para cargas monofásicas o trifásicas de fuerza
que operen a 120 y a 220 V. Obvio es decir que si en un local se requiere que los equipos
operen a voltajes diferentes a los antes señalados, como 440 V por ejemplo, el tablero y los
interruptores deberán seleccionarse para estos niveles de voltaje.
MONOFÁSICO DOS HILOS MONOFÁSICO TRES HILOS
TRIFÁSICO TRES HILOS TRIFÁSICO CUATRO HILOS
Figura 7.9 Diagramas de tableros de distribución.
Conviene señalar que la Comisión Federal de Electricidad tiene la política de proporcionar los
servicios con una fase y neutro si la carga instalada es hasta de 5000 W. Con dos fases y
neutro si la carga es de 5001 hasta 10000 W y, con tres fases y neutro si la carga es mayor
de 10000 W. Lo anterior no es limitante para que un usuario si así lo requiere, obtenga
acometidas con dos o tres fases aún cuando su carga total instalada no llegue a los límites
establecidos.
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10. _________________________________Capítulo 7______________________________ 129
En la figura 7.8 anterior, se muestran los esquemas de conexiones en tableros, para los
diferentes sistemas de alimentación. Es importante señalar que cada circuito derivado debe
llevar su propio neutro que saldrá de la barra correspondiente del tablero de distribución, no
siendo aceptable emplear un neutro común para dos o más circuitos derivados.
7.8 LOCALIZACIÓN DE LOS TABLEROS DE DISTRIBUCIÓN
Dado que de estos tableros parten los circuitos derivados que alimentan todas las cargas de
un local, es muy conveniente que el tablero se ubique lo más cerca posible del centro
eléctrico o centro de carga del local de que se trate. Si tenemos por ejemplo una industria
donde se tenga perfectamente localizada la ubicación de los motores que se utilizarán, el
punto ideal para la colocación del tablero o centro de control de motores en su caso, se
obtendrá de la siguiente manera:
Figura 7.10 Localización del centro de carga eléctrico.
Lcx = W1 * Lx1 + W2 * Lx2 + W3 * Lx3 + ... + Wn * Lxn
W1 + W2 + W3 + ... + Wn
Lcy = W1 * Ly1 + W2 * Ly2 + W3 * Ly3 + ... + Wn * Lyn
W1 + W2 + W3 + ... + Wn
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