Interruptor de circuito por falla de arco

Un interruptor de circuito de falla de arco (AFCI) o un dispositivo de detección de falla de arco (AFDD) es un disyuntor que interrumpe el circuito cuando detecta los arcos eléctricos que son una firma de conexiones sueltas en el cableado doméstico. Las conexiones sueltas, que pueden desarrollarse con el tiempo, a veces pueden calentarse lo suficiente como para provocar incendios domésticos. Un AFCI distingue selectivamente entre un arco inofensivo (incidente con el funcionamiento normal de interruptores, enchufes y motores con escobillas) y un arco potencialmente peligroso (que puede ocurrir, por ejemplo, en el cable de una lámpara que tiene un conductor roto).

En Canadá y Estados Unidos, los códigos eléctricos exigen disyuntores AFCI para los circuitos que alimentan enchufes eléctricos en dormitorios residenciales desde principios del siglo XXI; El Código Eléctrico Nacional de EE. UU. les exige proteger la mayoría de los enchufes residenciales desde 2014, y el Código Eléctrico Canadiense lo ha hecho desde 2015.

En regiones que usan 230 V, la combinación de voltaje más alto y corrientes de carga más bajas hace que se requieran diferentes condiciones para iniciar una falla de arco que no se quema ni se suelda a un cortocircuito después de un corto tiempo, y existen diferentes características del arco una vez iniciado. Debido a esto, en Europa occidental (donde en muchos países un suministro doméstico puede ser trifásico de 400 V) y el Reino Unido (donde a nivel nacional es común un suministro monofásico de 230 V), la adopción es más lenta y su uso es opcional y solo es obligatorio en lugares específicos de alto riesgo. Las regulaciones de Australia y Nueva Zelanda: Reglas de cableado (AS NZS 3000:2018) no requieren la instalación de AFDD en Australia. Sin embargo, en Nueva Zelanda todos los subcircuitos finales con capacidades nominales de hasta 20 A requerirán protección por parte de un AFDD si abastecen lugares con un riesgo de incendio significativo, lugares que contienen artículos irremplazables, ciertos edificios históricos y enchufes en dormitorios escolares. La mayoría de los enchufes en estos países están en circuitos con una potencia nominal de 20 A o menos.

En los EE. UU., se dice que las fallas de arco son una de las principales causas de incendios eléctricos residenciales. Cada año en los Estados Unidos, más de 40.000 incendios se atribuyen al cableado eléctrico doméstico. Estos incendios provocan más de 350 muertes y más de 1.400 heridos cada año.

Los disyuntores convencionales responden sólo a sobrecargas y cortocircuitos, por lo que no protegen contra condiciones de arco que producen corriente errática y, a menudo, reducida. Los AFCI son dispositivos diseñados para proteger contra incendios causados por fallas de arco en el cableado eléctrico del hogar. El circuito AFCI monitorea continuamente la corriente y discrimina entre condiciones de arco normales y no deseadas. Una vez detectado, el AFCI abre sus contactos internos, desenergizando así el circuito y reduciendo la posibilidad de que se produzca un incendio.

Principio de funcionamiento

La electrónica dentro de un disyuntor AFCI detecta corriente eléctrica que se alterna en frecuencias características, generalmente alrededor de 100 kHz, que se sabe que están asociadas con la formación de arcos en los cables, que se mantienen durante más de unos pocos milisegundos. Un disyuntor AFCI combinado proporciona protección contra arcos paralelos (de línea a neutro), arcos en serie (un segmento suelto, roto o de alta resistencia en una sola línea), arcos a tierra (de línea o neutro a tierra). ), sobrecarga y cortocircuito. El AFCI abrirá el circuito si se detecta un arco peligroso.

Cuando se instalan como el primer tomacorriente en un circuito derivado, los receptáculos AFCI brindan protección de arco en serie para todo el circuito derivado. También proporcionan protección de arco paralelo para el circuito derivado que comienza en el receptáculo AFCI. A diferencia de los disyuntores AFCI, los receptáculos AFCI se pueden utilizar en cualquier sistema de cableado, independientemente del panel.

Requisitos del código eléctrico

Estados Unidos y Canadá

A partir de la versión de 1999 del Código Eléctrico Nacional en los Estados Unidos, y la versión de 2002 del Código Eléctrico Canadiense en Canadá, los códigos nacionales requieren AFCI en todos los circuitos que alimentan enchufes en dormitorios de unidades de vivienda. A partir del NEC de 2014, se requiere protección AFCI en todos los circuitos derivados que suministran enchufes o dispositivos instalados en las cocinas de las unidades de vivienda, junto con las adiciones del NEC de 2008 de salas familiares, comedores, salas de estar, salones, bibliotecas, estudios, dormitorios, terrazas solares, salas de recreación, closets, pasillos, áreas de lavandería y cuartos y áreas similares. También son obligatorios en las unidades dormitorio. Este requisito se puede cumplir mediante el uso de un "tipo combinado" disyuntor, un tipo específico de disyuntor definido por UL 1699, en el panel de disyuntores que proporciona protección combinada contra fallas de arco y sobrecorriente o mediante el uso de un receptáculo AFCI para modificaciones/extensiones, como receptáculos de reemplazo o en construcciones nuevas, en la primera salida en la rama. No todas las jurisdicciones de EE. UU. han adoptado los requisitos AFCI de NEC, por lo que es importante verificar los requisitos de los códigos locales.

El AFCI está diseñado para evitar incendios provocados por arcos. Los disyuntores AFCI están diseñados para cumplir con uno de los dos estándares especificados por UL 1699: "rama" tipo o "combinación" tipo (nota: el Código Eléctrico Canadiense utiliza terminología diferente pero requisitos técnicos similares). Un AFCI tipo rama se dispara con 75 amperios de corriente de arco desde el cable de línea hasta el cable neutro o de tierra. Un tipo combinado agrega detección de arco en serie al rendimiento del tipo rama. Los AFCI de tipo combinado se disparan con 5 amperios de arco en serie.

Los receptáculos AFCI son una solución alternativa a los disyuntores AFCI. Estos receptáculos están diseñados para abordar los peligros asociados con ambos tipos de arcos potencialmente peligrosos: paralelo y en serie. Los receptáculos AFCI ofrecen el beneficio de prueba y reinicio localizados con dichos botones ubicados en la parte frontal del dispositivo. Esto puede ahorrar un viaje al panel de interruptores, pero también puede alentar a un usuario a realizar un simple reinicio sin investigar la falla subyacente, como presumiblemente sucedería si alguien con acceso al panel eléctrico fuera notificado.

En 2002, el NEC eliminó la palabra "receptáculo", dejando "enchufes", con el efecto de que se agregaron luces y otros dispositivos cableados, como ventiladores de techo dentro de los dormitorios, a el requerimiento. El código de 2005 dejó más claro que todos los enchufes deben estar protegidos a pesar de la discusión en el panel de elaboración del código sobre la exclusión del requisito de los detectores de humo en los dormitorios. "Puntos de venta" tal como se define en NEC incluye receptáculos, artefactos de iluminación y alarmas de humo, entre otras cosas. Básicamente, cualquier punto donde se utiliza electricidad CA para alimentar algo es un tomacorriente.

A partir de enero de 2008, sólo el "tipo combinado" Los AFCI cumplen con el requisito NEC. El NEC de 2008 exige la instalación de AFCI de tipo combinado en todos los circuitos residenciales de 15 y 20 amperios, con excepción de lavanderías, cocinas, baños, garajes y sótanos sin terminar, aunque muchos de ellos requieren protección GFCI. El NEC de 2014 agrega cocinas y cuartos de lavado a la lista de habitaciones que requieren circuitos AFCI, así como cualquier dispositivo (como la iluminación) que requiere protección.

Reino Unido

En el Reino Unido, la 18.ª edición del Reglamento de cableado (BS 7671:2018) es la primera edición que menciona los dispositivos de fallo de arco e indica que pueden instalarse si el diseño tiene un riesgo inusualmente alto de incendio debido a fallos de arco. . Los anexos relativos a las pruebas indican que cuando se instalan AFDD, se debe verificar su correcto funcionamiento antes de su finalización, pero no se describe el método de prueba. Esto contrasta con los RCD, donde se deben verificar varios tiempos de disparo en diferentes niveles de corriente de falla.

Alemania

Las normas alemanas de cableado VDE 100 recomiendan AFDD para situaciones de alto riesgo y dan como ejemplo habitaciones con dormitorios, habitaciones o lugares con un riesgo de incendio particular, habitaciones o lugares hechos de componentes de construcción con materiales de construcción combustibles, si estos tienen una menor resistencia al fuego que los retardantes de fuego (< F30), y habitaciones o lugares con peligro para bienes insustituibles.

Australia y Nueva Zelanda

Las regulaciones de Australia y Nueva Zelanda: Reglas de cableado (AS NZS 3000:2018) no requieren la instalación de AFDD en Australia. Sin embargo, en Nueva Zelanda todos los subcircuitos finales con capacidades nominales de hasta 20 A requerirán protección por parte de un AFDD si abastecen lugares con un riesgo de incendio significativo, lugares que contienen artículos irremplazables, ciertos edificios históricos y enchufes en dormitorios escolares. [4]. La mayoría de los circuitos eléctricos en estos países están sujetos a esta cláusula, ya que los enchufes comunes tienen una clasificación de 10 A y 15 A. Los estándares australianos se utilizan en Argentina, Fiji, Tonga, Islas Salomón y Papua Nueva Guinea.

Limitaciones

Los AFCI están diseñados para proteger contra incendios causados por fallas de arco eléctrico. Si bien la sensibilidad de los AFCI ayuda en la detección de fallas de arco, estos interruptores también pueden indicar falsos positivos identificando comportamientos normales de circuito como fallas de arco. Por ejemplo, las huelgas de rayo proporcionan voltaje y perfiles actuales que se asemejan a fallas de arco, y aspiradoras y algunas impresoras láser viajen AFCIs. Este viaje de molestia reduce la eficacia general de las AFCIs. Se están investigando los avances en esta esfera.

También se sabe que los AFCI son sensibles (disparos falsos) a la presencia de energía de radiofrecuencia, especialmente dentro del llamado espectro de alta frecuencia (HF) (3-30 MHz), que incluye radiodifusión legítima de onda corta, comunicaciones marítimas y aéreas sobre el horizonte, radioaficionados y operaciones de radio de banda ciudadana. Las sensibilidades y mitigaciones se conocen desde 2013.

Los disyuntores AFCI incluyen un disyuntor de tiempo inverso estándar, pero no brindan protección específica contra rayos "incandescentes" conexiones (también conocidas como conexión de alta resistencia), voltajes de línea altos o voltajes de línea bajos.

Un AFCI no detecta un alto voltaje de línea causado por un neutro abierto en un circuito derivado de varios cables. Un circuito derivado de varios cables utiliza ambos cables energizados de un servicio de fase dividida de 120 a 240 V. Si el neutro se rompe a lo largo del camino de retorno al panel del disyuntor, los dispositivos conectados desde un tramo de 120 V al neutro pueden experimentar un exceso de voltaje, hasta el doble de lo normal.

Los AFCI no detectan voltaje de línea bajo. El bajo voltaje de línea puede hacer que los relés electromecánicos se apaguen y enciendan repetidamente o "vibreen". Si la corriente fluye a través de los contactos de carga, se produce un arco a través de los contactos cuando se abren. La formación de arcos puede oxidar, picar y fundir los contactos. Este proceso puede aumentar la resistencia del contacto, sobrecalentar el relé y provocar incendios. Los interruptores de circuito de falla de energía están diseñados para evitar incendios debido a bajo voltaje en las cargas.

Interferencia con la red de líneas eléctricas

Los AFCI pueden interferir con el funcionamiento de algunas tecnologías de comunicación por líneas eléctricas.