Disyuntores: descripción general y aplicaciones

Los disyuntores son elementos fundamentales para una instalación eléctrica segura y conforme a la normativa. Los conductores y equipos eléctricos están expuestos a daños y mal funcionamiento, y siempre existe el riesgo de que alguien conecte un dispositivo incorrectamente o lo utilice para la aplicación incorrecta. Estas condiciones pueden hacer que un dispositivo consuma corriente por encima de su valor nominal y que el disyuntor correspondiente se dispare para desconectar la falla.

Antes de brindar una descripción general de los disyuntores, es importante comprender la diferencia entre las dos condiciones de corriente principales que hacen que se dispare un disyuntor.

• Una corriente de sobrecarga ocurre cuando un dispositivo consume corriente por encima de su valor nominal, pero no por un margen drástico. Por ejemplo, un motor con una potencia nominal de 60 amperios pero que consume 75 amperios probablemente esté experimentando una condición de sobrecarga.
• La corriente de falla es órdenes de magnitud mayor que la corriente nominal de un circuito y ocurre cuando un conductor energizado toca otro con un voltaje diferente (cortocircuito) o una superficie conductora (falla a tierra). En ambos casos existe una corriente de alta magnitud, ya que el contacto de baja resistencia se establece mediante una diferencia de voltaje. Por ejemplo, un circuito residencial que normalmente transporta 20 amperios puede experimentar algunos miles de amperios durante una falla.

Un disyuntor debería dispararse en ambas condiciones, pero la respuesta de disparo ideal es diferente para cada caso:

• La respuesta a una corriente de sobrecarga debe tener un retraso. Algunos tipos de equipos consumen corriente por encima de su valor nominal durante cortos períodos de tiempo como parte de su funcionamiento normal. Por ejemplo, los motores eléctricos consumen una corriente de arranque de hasta 8 veces la corriente nominal cuando arrancan.

• La respuesta a una corriente de falla debe ser instantánea. Estas corrientes no son normales bajo ninguna condición de funcionamiento y deben eliminarse inmediatamente cuando se detectan.

Dada esta combinación de requisitos de rendimiento, la mayoría de los disyuntores tienen en realidad dos mecanismos de protección en un solo dispositivo. Hay un mecanismo de protección térmica que responde a la corriente de sobrecarga y un mecanismo de protección magnética que responde a las corrientes de falla.

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Protección térmica y magnética

El mecanismo de protección térmica en un disyuntor se basa en un contacto en expansión: el circuito se interrumpe cuando el contacto se expande más allá de cierto punto. El disyuntor está calibrado para que el contacto no se abra por debajo de la corriente nominal, pero cualquier condición de corriente que la exceda puede eventualmente provocar un disparo. Dado que la corriente es la fuente de calor que expande el contacto, condiciones de sobrecarga más severas causan una expansión más rápida y un tiempo de disparo más corto.

El mecanismo de protección magnética se basa en la inducción. La corriente pasa a través de una bobina dentro del disyuntor, creando un campo magnético que abre la conexión. El campo es demasiado débil para disparar el disyuntor en condiciones normales de funcionamiento, pero las corrientes de alta magnitud provocan un fuerte campo magnético que fuerza el disyuntor a abrirse.

Principales tipos de disyuntores.

La mayoría de los disyuntores que se encuentran en edificios residenciales y comerciales son disyuntores en miniatura (MCB) o disyuntores de caja moldeada (MCCB). Los MCB son más compactos como su nombre lo indica, pero están disponibles en clasificaciones de corriente mucho más altas y vienen con características de rendimiento adicionales. Los MCB suelen estar disponibles con una clasificación actual de hasta 100 amperios, mientras que los MCCB alcanzan hasta 2500 amperios.

Probablemente no encontrará MCCB en hogares y empresas pequeñas, pero son comunes en edificios más grandes, como los edificios multifamiliares y de oficinas que se encuentran en toda la ciudad de Nueva York.

Disyuntores en miniatura

Los disyuntores en miniatura vienen en dos versiones principales: los MCB de montaje en carril DIN se pueden instalar junto con otros dispositivos de protección y control que también utilizan carriles DIN, mientras que los MCB enchufables se insertan en centros de carga con ranuras especialmente diseñadas. Tenga en cuenta que los MCB de riel DIN están diseñados para rieles estándar, mientras que los MCB enchufables solo se ajustan a los centros de carga correspondientes del mismo fabricante.

MCB de carril DIN (izquierda) y MCB enchufables (derecha).

Los MCB enchufables tienen de uno a tres polos, dependiendo de la cantidad de conductores energizados en el circuito que se está protegiendo. Los disyuntores de carril DIN pueden tener hasta 4 polos, para desconectar el conductor neutro junto con los conductores energizados. Independientemente del tipo de disyuntor, es importante seleccionar un disyuntor adecuado para la corriente nominal y el poder de corte.

• La clasificación actual está determinada por el circuito que se protege. Cualquier valor por encima de este eventualmente desactiva el mecanismo de protección térmica.
• El poder de corte es la corriente de falla más grande que la unidad puede interrumpir sin sufrir daños permanentes. Si una falla excede este valor, existe una capacidad de interrupción final en la que el disyuntor aún puede eliminar la falla, pero queda dañado permanentemente. Cualquier falla por encima de la capacidad de interrupción máxima no puede ser eliminada por el disyuntor y debe ser manejada por un sistema de protección de mayor capacidad conectado aguas arriba.

Los disyuntores miniatura también se clasifican en tres tipos según su respuesta a las corrientes de falla: Tipo B, C y D. El tipo determina el umbral donde la protección magnética toma el control de la protección térmica, provocando un disparo instantáneo. La siguiente tabla describe la respuesta para cada tipo:

Por ejemplo, si tiene un dispositivo que consume el 400 % de la corriente nominal durante el arranque, se disparará un disyuntor tipo B, pero no un disyuntor tipo C o D. Otra carga que consume el 800% de la corriente nominal durante el arranque dispararía los disyuntores Tipo B y C, dejando al Tipo D como la única opción.

Disyuntores de caja moldeada

Los MCCB son más voluminosos que los MCB y están disponibles con clasificaciones de corriente más altas. Muchos modelos también cuentan con ajustes de recorrido ajustables, lo que permite una respuesta de protección muy precisa si una carga específica lo requiere.

Algunos MCCB también vienen con una unidad de disparo extraíble que se puede reemplazar con una unidad de menor capacidad para adaptar el disyuntor para una carga de corriente reducida. Sin embargo, no puede actualizar a una unidad de disparo más grande que exceda el tamaño del marco MCCB.

Existen MCCB modernos que no utilizan el mecanismo termomagnético convencional, sino un circuito electrónico que mide la corriente y simula la respuesta del disparador. Esto permite un ajuste muy preciso de la configuración de protección.

Dos subtipos de MCCB están diseñados específicamente para las necesidades de protección de motores eléctricos: disyuntores protectores de motor (MPCB) y protectores de circuito de motor (MCP). La principal diferencia es que un MPCB incluye protección térmica y magnética, mientras que un MCP viene solo con protección magnética y necesita un relé de sobrecarga externo para ofrecer protección completa.

Conclusión

Seleccionar el tipo correcto de disyuntor es muy importante para garantizar el funcionamiento seguro de los sistemas del edificio que incluyen componentes eléctricos. Los disyuntores de tamaño insuficiente se disparan e interrumpen continuamente el funcionamiento del equipo, mientras que los disyuntores de gran tamaño no brindan una protección confiable contra la sobrecarga de corriente. Si no se detiene una sobrecarga, el efecto de calentamiento puede dañar el aislamiento del conductor y eventualmente provocar una falla a tierra o un cortocircuito.

En la ciudad de Nueva York, su instalación debe diseñarse de acuerdo con el Código Eléctrico de Nueva York, que también incluye el Código Eléctrico Nacional NFPA 70. El Código de Conservación de Energía de Nueva York no afecta directamente la selección del disyuntor, pero el uso de equipos más eficientes conduce para reducir el consumo de corriente y posiblemente el uso de disyuntores más pequeños.