¿Qué es un AFCI (interruptor de circuito por falla de arco) y cómo funciona?
Cada año, miles de personas resultan heridas y cientos de personas mueren debido a accidentes asociados con el cableado eléctrico. Las fallas generadas en los cables eléctricos pueden causar lesiones graves a cualquier persona y daños a la propiedad si se dejan desatendidos. Una falla de arco es una de las principales causas de un incendio eléctrico en el hogar. NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) requiere la instalación de AFCI en sus hogares y edificios para evitar incendios eléctricos causados por fallas de arco.
¿Qué es una falla de arco?
Una falla de arco es una poderosa descarga eléctrica entre dos o más de dos conductores. El arco puede variar en intensidad dependiendo de sus clasificaciones actuales y su duración. Puede generar suficiente calor para romper el aislamiento y provocar un incendio eléctrico. El arco también genera formas de onda que pueden alterar o destruir equipos electrónicos sensibles.
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Tipos de fallas de arco
La falla de arco puede ocurrir de dos maneras, por lo que se dividen en dos tipos.
Falla de arco paralelo
La falla de arco paralelo ocurre entre dos conductores o cables diferentes debido a un aislamiento roto o un pequeño espacio entre ellos. Ocurre entre dos fases o fase a neutro.
Falla de arco en serie
La falla de arco en serie ocurre en el mismo conductor en serie con la carga debido a daños o una conexión suelta entre ellos.
De estas dos fallas de arco, la falla de arco más peligrosa es la falla de arco paralela.
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Causas de la falla del arco
La falla de arco puede ocurrir por muchas razones. Estas son algunas de las causas de la falla de arco;
- Conexión de cable suelto: Los terminales de tornillo que están mal conectados en los tomacorrientes de pared pueden tocar otros cables y provocar una falla de arco. También puede soltarse debido a tapones y tirones frecuentes.
- Cables sobrecalentados: El calor puede romper el aislamiento alrededor del cable o del propio conductor, creando un pequeño espacio entre ellos. La corriente salta a través del espacio creando una falla de arco.
- Cables dañados: Los cables pueden dañarse por diversas razones, como clavar en las paredes para colgar cuadros, etc. con cables detrás, retorcer o torcer los cables, empujar los muebles contra el cable puede perforar el aislamiento y provocar una falla de arco.
- Terminales dañados: Los terminales y cables pueden corroerse debido al uso excesivo que reduce su eficiencia.
- Líquido cerca de herramientas eléctricas: Líquidos como el agua también pueden provocar una falla de arco en un circuito.
¿Qué es un ICFA?
ICFA representa Interruptor de circuito de falla de arco (también conocido como AFDD = dispositivo de detección de fallas de arco). Es un dispositivo de protección utilizado para proteger contra riesgos de incendio causados por fallas de arco. El interruptor de circuito por falla de arco puede detectar arcos en el circuito e interrumpir el suministro de energía eléctrica a dicho circuito.
AFCI también proporciona protección contra sobrecarga y corriente de cortocircuito mediante protección térmica y magnética como se usa en un disyuntor normal.
La siguiente figura muestra la construcción básica y las etiquetas de los disyuntores y tomacorrientes de falla de arco.
Bueno saber:
- Según NEC 2014, la protección AFCI es obligatoria en todas las construcciones nuevas, dormitorios y unidades de vivienda, dormitorios, salas de estar y otros lugares similares en áreas residenciales.
- AFCI y GFCI no deben instalarse con equipos salvavidas ni otros equipos sensibles (como en hospitales y UCI, etc., donde se debe un suministro de energía continuo para un funcionamiento adecuado) que perdieron energía.
- Se pueden utilizar un AFCI y un GFCI en el mismo circuito, ya que no interfieren entre sí. También puede utilizar la combinación de AFCI/GFCI para este propósito.
- Es imprescindible conocer los terminales de línea y carga de un tomacorriente AFCI. La carga debe conectarse a los terminales de carga del tomacorriente AFCI para ser protegida por AFCI. Cualquier carga conectada a los terminales de línea de AFCI no está protegida por AFCI ya que está conectada al suministro principal directo.
- Para evitar una operación de disparo falso, no instale ni conecte un AFCI, GFCI, GFPE (protección contra fallas a tierra del equipo) o una combinación de disyuntores AFCI/GFCI en un cable neutro compartido con otros circuitos.
Funciones de los AFCI
Además de la protección contra sobrecargas y cortocircuitos, la función principal de AFCI es la protección contra fallas de arco.
Un AFCI tiene tres funciones siguientes;
- Protección contra fallas de arco: El objetivo principal del interruptor de circuito por falla de arco es proteger contra los daños causados por los arcos.
- Protección de sobrecarga: La sobrecarga ocurre cuando la corriente excede un cierto límite durante un período prolongado. La corriente de sobrecarga genera calor que puede dañar el equipo, el cableado y generar peligro de incendio. AFCI puede proteger un circuito de la sobrecarga de corriente utilizando una tira térmica bimetálica.
- Protección contra cortocircuitos: Cuando los cables de fase entran en contacto entre sí o con el neutro. Hay una enorme cantidad de corriente que es muy destructiva. AFCI también puede proteger contra condiciones de cortocircuito mediante un relé térmico.
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Operación de un disyuntor AFCI
El AFCI monitorea continuamente la corriente principal para detectar la presencia de forma de onda de arco y la magnitud de la corriente de arco. Si el arco es peligroso, interrumpe el suministro de corriente a la carga para evitar daños mayores.
El interruptor de falla de arco también incluye el mecanismo de disparo térmico y magnético de un disyuntor convencional. El mecanismo térmico incluye una tira bimetálica que se dobla con alta temperatura debido a la sobrecarga de corriente y acciona el pestillo para romper el circuito. Mientras que el mecanismo magnético incluye un relé electromagnético que interrumpe el circuito en caso de corriente de cortocircuito.
El AFCI incluye circuitos lógicos que pueden detectar la forma de onda del arco. Puede diferenciar entre formas de onda normales y no deseadas. Los arcos normales son arcos pequeños de bajo nivel que a menudo se generan durante la conmutación y la conexión de cables al enchufe. El arco defectuoso no deseado tiene una forma de onda no periódica que tiene discontinuidades y picos de corriente. Se utilizan diferentes métodos para detectar formas de onda peligrosas y hasta el día de hoy todavía se idean nuevas técnicas eficientes. El interruptor de circuito por falla de arco tiene un circuito de filtrado de formas de onda que filtra las formas de onda de la corriente principal.
La forma de onda es amplificada por el circuito amplificador y alimentada a un circuito lógico. El circuito lógico basado en varias técnicas de detección de formas de onda detecta si la forma de onda del arco es peligrosa y rompe el contacto.
El botón de prueba se utiliza para comprobar si el AFCI está funcionando correctamente. Genera una forma de onda que simula las condiciones de arco. Si el dispositivo funciona correctamente, romperá el circuito.
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Tipos de AFCI
Existen diferentes tipos de intérpretes de circuitos de falla de arco que dependen del tipo de aplicación.
AFCI combinado
La combinación AFCI proporciona protección contra fallas de arco tanto en paralelo como en serie. El arco paralelo se produce entre fase a fase, fase a neutro y fase a tierra. Mientras que el arco en serie se produce a lo largo del mismo conductor.
Son los interruptores de circuito por falla de arco más utilizados en los paneles de distribución principales para proteger el circuito derivado, incluidas las cargas conectadas a él.
AFCI de doble función
El AFCI de doble función es un dispositivo que ofrece protección contra fallas de arco y fallas a tierra. Tiene la función de AFCI y GFCI. Por tanto, es el dispositivo de protección más fiable y para utilizar en casa. También es más económico y ocupa menos espacio que utilizar AFCI y GFCI individuales.
Tipo de rama/alimentador AFCI
El AFCI tipo ramal o alimentador es el disyuntor de falla de arco más antiguo que se utiliza al inicio de un circuito derivado o alimentador en el panel de distribución. Protege sólo contra fallas de arco paralelo en el circuito derivado conectado, es decir, fase a fase, fase a neutro, fase a tierra.
Dichos AFCI ya no se utilizan y han sido reemplazados por una combinación de AFCI
Salida/receptáculo AFCI
Es un tomacorriente incluido con un circuito de protección AFCI. Ofrece protección contra arcos eléctricos a los electrodomésticos, cables de alimentación y cables conectados a dicho tomacorriente.
ICFA portátil
Es un dispositivo enchufable como un cable de extensión con un enchufe AFCI que se conecta a cualquier tomacorriente/receptáculo normal (que no tiene protección AFCI). El AFCI portátil brinda protección a cualquier aparato o carga conectada a él.
Ventajas y desventajas de los AFCI
Ventaja
Estas son algunas de las ventajas de los interruptores de circuito por falla de arco.
- El AFCI puede diferenciar entre el arco normal y el no deseado.
- Ayuda en la prevención de daños y lesiones causados por incendios eléctricos.
- También ofrece protección contra sobrecorriente.
- Es más eficiente que un disyuntor estándar.
- Puede proteger el circuito derivado de fallas de arco.
Desventajas
Estas son algunas de las desventajas de los interruptores de circuito por falla de arco.
- AFCI es más caro que un disyuntor convencional
- No puede detener el primer arco.
- Tiene un diseño y estructura más complejos.
Aplicaciones de los AFCI
El 50% de los incendios eléctricos son causados por arcos eléctricos. Por lo tanto, el interruptor de circuito por falla de arco se utiliza para interrumpir el circuito durante la formación de arco y evitar cualquier daño. El NEC también exige que todos los receptáculos instalados en el dormitorio de una vivienda estén protegidos con AFCI. Esto incluye todos los receptáculos, incluso el baño y la cocina, etc.
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