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martes, 27 de febrero de 2018

Comprobador de diferenciales y de tomas de tierra















Mis redes sociales:

1. Enlaces de interés
2. Para qué sirve un diferencial
3. La toma de tierra
4. El Comprobador que propongo
5. Esquema y funcionamiento
6. Lista de materiales
7. Montaje
8. Uso
9. El vídeo



1. Enlaces de interés


Esquema detallado: 
https://www.patreon.com/posts/comprobador-y-de-17229238

Layout o cómo se conectan los componentes del circuito del triac: 
https://www.patreon.com/posts/comprobador-y-de-17229377


Dónde comprar...



... el miliamperímetro: http://ebay.to/2GV8t1w

Aseguraos que entre las distintas ofertas se trate de un instrumento para corriente ALTERNA






... el triac BTB16, barato, pero pueden tardar más de un mes en entregarlo: http://ebay.to/2Fylxu5

... otra opción para el triac BTB16 con entrega rápida pero algo más caro: http://ebay.to/2BQ8Meq



2. Para qué sirve un diferencial


Fig 1. Diferencial con sensibilidad de 30 mA

Es un dispositivo de protección en las instalaciones eléctricas, tanto industriales como domésticas. Se basa en un concepto muy sencillo (aunque el diferencial por dentro no sea tan sencillo): 

La corriente que entra, sale. Si entran "10", salen "10"

Lo anterior quiere decir que si en un electrodoméstico, desde el polo "fase" están entrando 210 mA de corriente, en el polo neutro de vuelta a la red también tienen que circular 210 mA.

Si hay alguna diferencia será en el sentido de que sale menos corriente que la que entra, o sea, una parte de la corriente se está perdiendo (quizás a través del cuerpo de una persona que se está electrocutando). Que la corriente que entra y sale no sean iguales se considera una anomalía, y el diferencial se activa cortando el suministro eléctrico. En el ejemplo anterior, si entran 250 mA pero vuelven sólo 210 mA, indica que se están perdiendo 40 mA.

En la figura 2, parte izquierda, se puede ver de forma gráfica este supuesto, ya sea porque esos 40 mA se pierden a través de la toma de tierra, o se pierden circulando a través de una persona que hace contacto

La intensidad de diferencia a la cual el diferencial corta la corriente depende de la legislación en cada país, pero lo habitual es que corten la corriente cuando la diferencia es mayor de 20 - 30 mA. Y además cortan la corriente muy rápido, en una fracción de segundo. Puede parecer que 30 mA es poca corriente, pero tal intensidad recorriendo el cuerpo humano resulta bastante doloroso (según zona recorrida) y con intensidades de 50 mA puede sobrevenir la muerte si la corriente recorre el torso (corazón) y el tiempo va más allá de 1 segundo.


Fig 2. Izquierda, supuesto de derivación. Derecha: Funcionamiento del diferencial

En el dibujo anterior, en la parte derecha, vemos un esquema muy tosco de en qué está basado un diferencial. Si se hace pasar la corriente de entrada y de salida por sendas bobinas, si la corriente es igual, la atracción de ambas bobinas sobre un resorte también será igual: El resorte no se mueve. Pero si una de las bobinas es recorrida por más (o menos) corriente, el sistema se desequilibra y el resorte será atraído haciéndolo oscilar, y esto provoca la apertura de los contactos interrumpiendo la corriente.



3. La toma de tierra

Otro elemento de protección en instalaciones eléctricas, y que trabaja conjuntamente con el diferencial.

Consiste en unir eléctricamente, mediante un cable (llamado cable de tierra) el potencial del suelo (tierra) con el chasis o carcasa de los electrodomésticos. De este modo, si hay una avería en un electrodoméstico y éste recibe corriente en partes donde no debería haberla, y además se trata de partes que el usuario puede tocar, esa corriente se fuga a tierra de forma segura.

Si hay un diferencial instalado, detectará esa corriente que se pierde a tierra e interrumpirá el suministro eléctrico protegiendo la instalación (y a las personas). Mientras no se solucione esa derivación o fuga de corriente a tierra, el diferencial se negará a ser armado. Entonces es cuando vamos desconectando electrodoméstico por electrodoméstico, uno a uno, hasta dar con el causante del problema. Puede ser una cocina de inducción, una lavadora, un lavaplatos, la nevera...

También "saltará" el diferencial si por alguna razón el usuario toca una parte bajo tensión en algún electrodoméstico derivando la corriente hacia tierra. El diferencial cortará la corriente tan rápido, que probablemente la persona no sea consciente que ha recibido una breve descarga eléctrica.


Fig 4. Enchufe tipo schuko, con toma de tierra tanto la base como la clavija



4. El comprobador que propongo

Vamos a hacer un gadget portátil muy manejable para comprobar los dos importantes elementos anteriores: El diferencial y la toma de tierra.

Respecto del diferencial, vamos a comprobar no sólo si funciona, también comprobaremos el muy importante dato de a qué intensidad se acciona. Recuerdo que debería accionarse cuando la corriente derivada a tierra sea del orden de 20 mA o algo más. Si sólo se acciona a partir de 30 mA eso no es cosa buena, y tan menos buena cuanto más por encima de 30 mA se accione.

Ya sé que el diferencial tiene un botón de TEST o PRUEBA para probarlo, pero tengo mis dudas: 


Fig 4. Botón de PRUEBA o TEST en un diferencial


1) Vale, de acuerdo: El diferencial salta si presiono TEST pero, ¿Lo hace realmente a la intensidad correcta? ¿A qué intensidad lo hace realmente?

2) ¿Y si a consecuencia de una reforma, ampliación o modificación de la instalación eléctrica, algunos puntos de esa red eléctrica no pasan por el diferencial? Sé que esto es raro, y de hecho sería una monumental chapuza, pero cosas así ocurren... 

No pongo en duda el trabajo de un profesional, pero no siempre las cosas son realizadas por un profesional, y en instalaciones eléctricas puedes ver de todo...

Me quedo más tranquilo probando de forma fehaciente que el diferencial funciona, y a qué intensidad.

En cuanto a probar la toma de tierra, tres cuartos de lo mismo: El hecho de que una base tenga su flamante toma de tierra no significa que esa toma de tierra esté propiamente conectada y operativa. Es más: La toma de tierra puede estar interrumpida en algún punto, por avería, por manipulación o, en el peor de los casos, sencillamente puede no existir.


Este comprobador está basado en unos pocos componentes y es razonablemente económico.


5. Esquema y funcionamiento


Fig 5. Esquema del comprobador de diferenciales y tomas de tierra

En la parte izquierda del circuito está la toma de corriente

En la parte derecha, el circuito que nos permite regular la corriente que mandaremos desde fase a tierra simulando una derivación con la intención de provocar el salto del diferencial.

El circuito de la derecha ya es un viejo conocido: El regulador de corriente alterna de 3800W, pero ahora va a tener que regular tan sólo 10W como máximo, lo cual nos permite prescindir de disipador en el triac, reduciendo mucho el tamaño del circuito. Además, no se hará funcionar aplicándole fase y neutro de la corriente alterna como es lo habitual, sino aplicando fase y... tierra

La idea es mandar, desde la fase, una pequeña corriente, una pequeña derivación, hacia tierra, de forma controlada, a baja intensidad. Esa corriente será enviada a través del triac que a su vez es gobernado por el potenciómetro P1.

La resistencia de carga RL tiene un valor tal que la corriente máxima será del orden de 40-50 mA, es decir, poca cosa, y es un valor más que suficiente para activar un diferencial que suelen accionarse entre 20 y 30 mA. Incluso en el caso de que el triac se cortocircuite internamente y conduzca como si fuese un simple cable (harto improbable que esto suceda), la resistencia RL impedirá que circulen más de 50 mA. Y suponiendo que el diferencial a probar esté bien, ni siquiera se llegará a ese valor, el diferencial cortará mucho antes, a unos 20-30 mA.


En la parte izquierda del circuito, la entrada de corriente:

Antes de hacer cualquier comprobación con este dispositivo, el potenciómetro P1 debe estar a mínimo (girado a izquierdas), si no es así, dependiendo de su posición, el diferencial saltará nada más conectemos nuestro comprobador a la red, y se supone que queremos comprobar progresivamente a qué intensidad salta el diferencial.

La prueba la tenemos que hacer en una base AC con toma de tierra, como la del dibujo. Usaremos un cable con enchufe tipo schuko con toma de tierra para conectar a esa base, y el otro extremo de ese cable, a nuestro comprobador, que también tiene una base con toma de tierra.

La toma de tierra la hacemos pasar por el fusible F1 (por seguridad adicional), y después a través de un miliamperímetro. Considero ideal la escala 0-30 mA. Una escala mayor (como 1A) resultaría confusa para discriminar valores de 0-30 mA. En esta ocasión me temo que no sería práctico usar un amperímetro digital, pues necesitan alimentación (los analógicos no la necesitan), y además, lo habitual en el mercado no suele tener la precisión que aquí necesitamos.

Está la opción de usar un tester seleccionado en mA para sustituir a este panel miliamperímetro, pero entonces la cosa ya no es tan compacta: Tendrás que usar dos aparatos: El tester y este comprobador que vamos a hacer. Por los 10€ que cuesta el miliamperímetro solucionamos el problema y haremos un equipo de medida compacto que se valdrá por sí mismo. El miliamperímetro, lo reconozco, no es fácil de encontrar. Pero finalmente lo encontré en eBay, en el siguiente enlace. Tardan pocos días en servírtelo, y este vendedor está calificado como "Vendedor Excelente". Os podéis fiar:

Seguimos con la parte izquierda del circuito, la toma de corriente: De la toma de AC sacamos los dos polos y los llevamos al conmutador. No sabemos cuál de los dos polos es la fase y cuál es el neutro. Nosotros necesitamos la fase. No hay problema con esto:

En una posición del conmutador, cuando enchufemos a la red AC nuestro comprobador, veremos si el amperímetro acusa paso de corriente. Si es así, excelente: El conmutador tiene seleccionado el polo "fase", como debe ser.

Si por el contrario no circula ninguna corriente, actuaremos sobre el conmutador: Ahora sí debería circular corriente, del orden de unos 8-12 mA

Si en ninguna de las dos posiciones del conmutador circula ninguna corriente, y descartamos un fallo en el mismo comprobador, la cosa está clarísima: No hay toma de tierra por más que las bases y clavijas dispongan de tal toma. Es lo que yo llamo "toma de tierra ornamental"

Pongámonos en lo normal: Si circula una débil corriente de unos 8-12 mA, esto nos dice a las claras que SÍ hay toma de tierra. OK. Pero esta corriente no es capaz de accionar a un diferencial, así que vayamos ahora a la segunda parte de la prueba que es comprobar si hay diferencial, y a que intensidad se acciona:

Giramos P1 en el sentido del reloj progresivamente para incrementar la intensidad que circula a través del triac. Veremos en el miliamperímetro la respuesta. Si hay diferencial y éste funciona correctamente, deberíamos quedarnos sin corriente en el tramo de 20 a 30 mA.

Si llegamos a tope con P1 y no salta el diferencial, teniendo en cuenta que ahora están circulando 40-50 mA (limitados por la resistencia RL), sería cuestión de plantearse qué está pasando con el diferencial. 




6. Lista de materiales


Fig 6. Componentes para ensamblar el comprobador de diferenciales y tomas de tierra

- 1 Tupper o caja de tamaño adecuado
- una base empotrable AC tipo schuko (con toma de tierra)
- un cable para AC con clavija tipo schuko (con toma de tierra)
- Conmutador (si es doble, uno de ellos se ignora, como es mi caso)
- 1 portafusible con fusible de 200 mA, si lo encuentras de 100 mA mejor
- Amperímetro para AC, aconsejado 0-30 mA
- Un poco de cable

Para el circuito del triac:
- C1, C2 Y C3: 100n, 400V (muy importante que sean para 400V o más)
- R1: 47 Ohm, 1/2W
- R2: 3K3 Ohm, 1/2W- R3: 8K2 Ohm, 1/2W
- DIAC: Un diac "genérico" cualquiera
- P1: Potenciómetro 220K, mejor si es lineal
- TRIAC: BTB16, también vale el TIC263M
- Un trozo de circuito pre-impreso 65 x 38 mm, de topos. Estas medidas pueden ser ligeramente distintas, dependiendo de la disponibilidad de espacio según la caja o tupper que elijas, pero con 65 x 38 mm está asegurado que todos los componentes caben sobradamente.



7. Montaje

Lo divido en tres etapas:

1) Hacer el pequeño circuito impreso del regulador AC
2) Practicar los cuatro taladros en la caja para insertar cuatro elementos
3) Hacer el cableado entre esos elementos

1) Circuito impreso
El potenciómetro va adosado (soldado) directamente al circuito impreso
El triac no necesita disipador
Se usa circuito pre-impreso de puntos
Las conexiones se hacen con puentes de alambre o cable. Unas veces los puentes de alambre los pongo por el mismo lado de los componentes, otras veces por el lado opuesto, el del cobre.

El circuito, visto por el lado componentes, queda así:


Fig 7. Circuito regulador AC, lado componentes

...y por el lado cobre se ve así:


Fig 8. Circuito regulador AC. Lado "pistas"


Un dibujo mucho más claro con una composición componentes-"pistas":
https://www.patreon.com/posts/comprobador-y-de-17229377


2) Hacer los cuatro taladros en la caja para insertar cuatro elementos
En la caja elegida para hacer el montaje (en mi caso un tupper), hacemos los agujeros o taladros para acomodar cuatro elementos:

- La base macho para 220V
- El conmutador
- El potenciómetro P1 con el circuito adosado
- El panel amperímetro alterna 30 mA

Como siempre, para taladros pequeños uso una broca, típicamente de 3 mm

Para taladros mas grandes prefiero usar el minitaladro con una fresa ya que las brocas grandes tienden a romper el tupper. La ventaja de la fresa es que te deja modelar agujeros de cualquier tamaño y forma y permite un afinado bastante bueno.

Una vez hechos los agujeros, insertamos los cuatro elementos en su ubicación. Algunos van con tornillos o tuercas, otros a presión:

La base AC va con tornillos, arandelas y tuercas
El conmutador va a presión
El potenciómetro, como siempre, con arandela y tuerca
El amperímetro lleva dos roscas que se sujetan con arandela y tuerca


Fig 9. Base AC, Lleva dos orejetas en los extremos para fijarla con tornillo+arandela+tuerca



Fig 10. El conmutador (derecha) no va sujeto con tornillos, sino a presión



Fig 11. Taladros para sujetar el miliamperímetro


La caja queda así con tres de los cuatro elementos en su sitio, falta aún el potenciómetro con su circuito:


Fig 12. A falta del potenciómetro con el circuito, los dispositivos fijados en la caja




3) Hacer el cableado entre esos elementos

Siguiendo el esquema que os pongo en la figura 13 siguiente, conectamos esos elementos entre sí. El cable puede ser de pequeña sección dada la pequeña intensidad que circulará, pero recomiendo cable de calidad porque siguen siendo 240 voltios (necesitamos buen aislamiento), y un buen cable flexible (siliconado) es más fácil de trabajar que uno rígido.


Fig 13. Conexionado de los distintos componentes


Finalmente, ponemos la tapa y cerramos la caja o tupper.
Ponemos un botón al potenciómetro (Fig 14)


Fig 14. Botón para el eje del potenciómetro


El dispositivo ya está terminado (Fig 15)

Fig 15. Comprobador de diferenciales y tomas de tierra terminado




8. Uso

- Ponemos el potenciómetro P1 a mínimo. Esto siempre lo primero

- Conectamos el cable del probador al enchufe que queremos testear. Si el conmutador está en la posición correcta habrá una lectura de 5-12 mA. Si no es así, cambiamos de posición el conmutador. Si la lectura sigue siendo cero mA es que no hay toma de tierra. En este caso no hay más que hacer. El diferencial no saltará ya que no podemos derivar corriente a tierra para hacerlo saltar.

En caso de que sí haya toma de tierra y tengamos una lectura de 5-12 mA:

- Giramos levemente P1 en sentido horario, el amperímetro debería acusar un aumento de la corriente en mA

- Seguimos girando P1 muy despacio, observando la lectura creciente del amperímetro, prestaremos atención al valor de mA para el momento en que se corte el suministro eléctrico debido al accionamiento del diferencial. Ese será el valor de sensibilidad del diferencial. Debe ser del orden de 20-30 mA. 

En mi taller y en mi casa obtengo el corte a unos 25 mA, lo considero aceptable.



9. El vídeo







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4 comentarios:

  1. Gracias. Un par de comentarios: omites el valor de la resistencia R de carga, creo que debe ser de 4k7 o 4700 ohms a 10 watt. Quizás un poco más si hubiera, por ej 5k. Seguramente ya habrás visto las posibilidades de mejora (*) y tengamos un 2do hasta un tercer video.

    (*) Unos les para indicar fase y neutro, presencia de tierra, alguna manera de "fijar" el valor de corte, medir el tiempo de corte, esas fracciones de segundo que mencionas está también reguladas. Se establecen unos máximos según qué país. En el mío es 200 mSeg

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    Respuestas
    1. LEDS no les ;-) y las fracciones estaN reguladas. Peste contestar desde un TE con pantalla chica

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  2. Alberto A. Villa montaste el circuito con la 4k7 10W?

    ResponderEliminar
  3. Buenas José Manuel sigo tu canal eres un fenómeno gracias a tus vídeos hasta me atrevo a montar circuitos que me sirven para mi trabajo como es el caso. He montado el test de diferenciales y después de probar con varias resistencias de carga y de fundir varios fusibles de 200mA con la RL de 4k7 he conseguido hacer el test a dos diferenciales saltando a 15mA como ves el resultado? Valdría con RL 4k7. Muchas gracias otra vez un saludo

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