¿Por qué un interruptor estándar no protege contra fallas a tierra?

Un neutro roto en un circuito con un interruptor estándar representa un riesgo de choque eléctrico, ya que el interruptor no monitorea ni protege el cable neutro. El mecanismo interno de un interruptor estándar no está diseñado para detectar corrientes de fallo a tierra durante su operación. Los interruptores de circuito estándar están diseñados para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos, no contra fallos a tierra.

Los interruptores estándar monitorean la corriente en el cable caliente y se disparan si la corriente excede la calificación del interruptor, generalmente debido a una sobrecarga o un cortocircuito. Sin embargo, con un neutro roto, la corriente de fallo puede regresar a la fuente a través del cable de tierra. Esto ocurre porque las barras terminales de tierra y neutro están conectadas en el panel principal.

Como consecuencia, una corriente inferior a la capacidad calificada del interruptor puede fluir por el circuito en un camino no deseado. Dado que ninguna corriente excesiva fluye a través del cable caliente, el interruptor no detecta un fallo y permanece cerrado. Como resultado, partes del circuito permanecen energizadas, creando un riesgo de choque oculto que el interruptor no aborda.

Los fallos más comunes en un circuito eléctrico son los siguientes:
Sobrecargas y Cortocircuitos

Los interruptores estándar reaccionan a la corriente excesiva causada por sobrecargas o cortocircuitos directos (faltos de alta corriente donde la corriente fluye directamente desde el cable caliente al neutro o de caliente a caliente). Estas condiciones crean un pico de corriente, que el interruptor detecta y dispara para prevenir daños.

Fallos a Tierra

Un fallo a tierra ocurre cuando la corriente se escapa del cable caliente a una superficie a tierra, evitando el cable neutro (por ejemplo, debido a un neutro roto o a un cable vivo que toca el caso metálico de un electrodoméstico o una superficie húmeda). Los fallos a tierra pueden no generar los picos de corriente altos necesarios para disparar un interruptor estándar, especialmente si solo una pequeña cantidad de corriente se escapa a tierra. Esta fuga puede crear graves riesgos de choque eléctrico sin alcanzar el umbral de disparo del interruptor.

¿Cómo Responde un Interruptor Estándar a un Cortocircuito o Fallo a Tierra?

Examinemos cómo se comporta y reacciona un interruptor estándar a cortocircuitos o fallos a tierra en un circuito, como se ilustra a continuación.

Consideremos este ejemplo: En un panel principal de 120V/240V, un circuito de iluminación está controlado y protegido por un interruptor estándar de 15 amperios en un suministro de 120V, y la conexión neutra se pierde.

Como se muestra en la figura, si la barra neutra en el panel principal no está disponible, la corriente de retorno intenta fluir de vuelta a la barra neutra. Dado que la barra neutra está conectada a la barra de tierra, el único camino de la corriente de vuelta a la fuente (generalmente el transformador) es a través del cable de tierra. Esto forma un circuito, permitiendo que fluya aproximadamente 2.4 amperios de corriente de fallo. La bombilla puede emitir aún un brillo tenue.

Esta corriente de fallo de 2.4 amperios está bien por debajo de la calificación de 15 amperios del interruptor, por lo que no se dispara. Como consecuencia, el circuito presenta un riesgo de choque, ya que todos los componentes metálicos, incluyendo los recintos de los equipos, conductos metálicos y los cuerpos metálicos de los dispositivos conectados, se energizan con aproximadamente 72V CA.

Ahora, consideremos otro escenario donde se pierde el neutro y el cable caliente toca el cuerpo metálico del dispositivo, creando un "doble fallo". En este caso, la luz está apagada debido a la ausencia de resistencia de carga. Como se muestra en la figura, una corriente de fallo de aproximadamente 4 amperios fluye a través del conductor de tierra de vuelta a la fuente.

Nuevamente, todos los componentes metálicos en el circuito se energizan a 120V CA. Esta corriente de fallo de 4 amperios sigue estando por debajo del umbral de 15 amperios del interruptor, por lo que el interruptor no se dispara. Si un operador toca el recinto del equipo, el conducto metálico o el cuerpo metálico del dispositivo, corre el riesgo de sufrir un severo choque eléctrico.

Para mitigar estos riesgos, se recomienda un interruptor GFCI (Interruptor de Circuito de Fallo a Tierra) sobre un interruptor estándar. Los interruptores GFCI están diseñados para detectar fallos a tierra y dispararse en situaciones peligrosas, incluyendo aquellas causadas por un neutro roto, asegurando una operación más segura.