¿Cómo funciona un disyuntor magnético? Mecanismo de disparo y curvas

Los disyuntores magnéticos ofrecen protección contra sobrecorriente precisa y confiable para una variedad de dispositivos eléctricos y electrónicos. A menudo se utilizan cuando se necesita un rendimiento confiable, protección de equipos y desconexión rápida de cortocircuitos.

A continuación, explicamos cómo funciona un disyuntor magnético: cómo detecta una falla, qué sucede dentro de la carcasa cuando se dispara y cómo elegir el dispositivo adecuado para entornos eléctricos exigentes.

¿Qué es un disyuntor magnético?

Un disyuntor magnético es un sistema de protección que corta la energía cuando aparece una condición anormal específica, como un cortocircuito o un aumento repentino de corriente. Un disyuntor magnético se diferencia de los interruptores de encendido/apagado ordinarios en que no es necesario que una persona se dé cuenta de que hay un problema y apague el interruptor; reconoce el problema y corta la conexión por sí solo, normalmente en cuestión de milisegundos.

Los dos mecanismos detrás del cambio

La mayoría de los disyuntores comercializados para uso industrial y comercial no son puramente magnéticos. Combinan un mecanismo de disparo magnético con uno térmico y cada uno maneja un tipo diferente de falla.

El mecanismo térmico: respondiendo a las sobrecargas

El elemento térmico está compuesto por una tira bimetálica , es decir, dos metales con diferentes índices de expansión térmica unidos. La tira se calienta cuando la corriente fluye a través de ella en proporción directa al cuadrado del valor actual. En condiciones normales de trabajo, la calefacción es insignificante; sin embargo, en caso de sobrecarga, la tira de metal se sobrecalienta más rápido de lo que puede perder calor, doblándose debido al hecho de que los dos metales tienen diferentes coeficientes de expansión.

Una vez que la tira bimetálica se dobla en un cierto ángulo, comienza a actuar sobre el mecanismo de conmutación, abriendo los contactos. El tiempo de reacción es intencionalmente lento debido a que un disparo térmico está diseñado para manejar el aumento temporal de corriente (como el del arranque de un motor) pero brinda protección contra sobrecarga.

El mecanismo magnético: respondiendo a los cortocircuitos

El elemento magnético funciona según un principio completamente diferente. Utiliza una bobina electromagnética (a veces llamada solenoide) enrollada alrededor de un émbolo o armadura. Bajo corriente normal, el campo magnético generado por la bobina no es lo suficientemente fuerte como para mover el émbolo. Durante un cortocircuito, la corriente puede aumentar muchas veces el valor nominal casi instantáneamente y el campo magnético resultante es lo suficientemente fuerte como para tirar del émbolo con fuerza suficiente para liberar el pestillo.

Es este principio de funcionamiento el que determina el nombre del dispositivo, y es significativamente más rápido que el recorrido térmico: los tiempos de disparo se miden en milisegundos . Esa velocidad es lo que evita que un cortocircuito se convierta en un arco eléctrico, daños al equipo o un incendio.

Dentro del interruptor: componentes clave que lo hacen funcionar

• Tira bimetálica: el sensor térmico descrito anteriormente, calibrado para una corriente nominal y una curva de disparo específicas.

• Bobina electromagnética (bobina de disparo): el componente que produce el campo magnético que responde a cualquier cambio rápido en el flujo de corriente.

• Unidad de disparo y mecanismo de pestillo: el mecanismo físico que convierte la deformación térmica o la atracción magnética en el movimiento de los contactos para separarlos. Como tal, este conjunto funciona con resorte y funcionará independientemente de qué tan rápido disminuya la corriente de falla.

• Contactos fijos y móviles: el punto real donde se interrumpe el flujo de corriente. Están fabricados en aleación de plata debido a su alta conductividad y resistencia a las picaduras por arco.

• Arc Chute (extintor de arco): disposición de placas metálicas que rompe y apaga el arco producido durante la separación de los contactos en condiciones de carga. En caso de que no hubiera un conducto de arco, el arco podría haberse mantenido solo y haber evitado una ruptura completa del circuito, lo que sería un peligro grave en aplicaciones de alta corriente de falla.

• Palanca de operación: el mecanismo externo para el control manual de encendido/apagado y para indicar el estado de disparo, generalmente con una posición distinta de 'disparado' separada de 'apagado'.

Paso a paso: qué sucede cuando ocurre una falla

Durante un cortocircuito:

• Paso 1: picos de corriente de falla. La corriente de falla aumenta rápidamente hasta varias veces la corriente nominal.

• Paso 2: la bobina reacciona. La bobina, que funciona según el principio electromagnético, desarrolla un potente campo magnético debido al aumento de corriente.

• Paso 3: el émbolo se mueve. El campo crea suficiente fuerza en la armadura o el émbolo para golpear el pestillo del disyuntor.

• Paso 4: se libera el pestillo. Debido a la disposición de los resortes, los contactos están separados.

• Paso 5: se forma un arco. Cuando los contactos se separan bajo condiciones de carga, se forma un arco entre los contactos.

• Paso 6: Se apaga el arco. La rampa de arco divide y enfría el arco, completando la interrupción.

La secuencia completa, desde el inicio de la falla hasta la interrupción total de la corriente, suele ocurrir en unos pocos milisegundos.

Durante una sobrecarga sostenida:

• Paso 1: La corriente aumenta por encima del valor nominal. La sobrecarga no es lo suficientemente grave como para considerarse un cortocircuito.

• Paso 2: La tira bimetálica se calienta. El calentamiento resistivo hace que la tira comience a deformarse.

• Paso 3: La deformación se acumula. Durante unos segundos, o más para sobrecargas más leves, la tira sigue doblándose a medida que aumenta el calor.

• Paso 4: Se alcanza el umbral de disparo. Una vez que la deformación es suficiente, el movimiento de la tira libera el mismo mecanismo de pestillo utilizado en la ruta magnética.

• Paso 5: Los contactos se separan. La rampa de arco vuelve a manejar el arco resultante y se interrumpe el circuito.

Explicación de las curvas de viaje (curvas B, C, D)

No todas las cargas se comportan de la misma manera en el arranque y existen curvas de disparo para hacer coincidir la sensibilidad magnética de un interruptor con la carga que está protegiendo. La curva define el múltiplo de la corriente nominal a la que se activa el disparo magnético.

Seleccionar el tipo de curva incorrecto es uno de los errores más costosos que pueden ocurrir. Por ejemplo, un disyuntor con clasificación de curva B instalado en un circuito de motor probablemente funcionará mal cada vez que el motor arranque debido a corrientes de irrupción por encima del umbral magnético, pero no hay problema.

Por el contrario, un disyuntor en curva D instalado en un sistema de iluminación puede funcionar mal en caso de falla debido a su alto umbral magnético. Hacer coincidir la curva con el comportamiento de inicio de la carga en el mundo real es una decisión de diseño, no una ocurrencia tardía.

Por qué es importante la velocidad del viaje magnético

La tasa de respuesta del mecanismo magnético no es un reclamo publicitario. Define con precisión la cantidad de energía que puede liberar la falla antes de que ocurra la interrupción, y esta energía es proporcional al cuadrado de la corriente y el tiempo. La reducción en el tiempo de disparo de, digamos, 20 milisegundos a 3 milisegundos no disminuye levemente la energía de falla, sino que la disminuye significativamente.

Esto es importante por tres razones que surgen constantemente en las conversaciones sobre especificaciones B2B:

• Riesgo de incendio: una interrupción más rápida reduce la posibilidad de ignición del material aislante y otros materiales combustibles debido a la alta energía del arco.

• Protección de equipos: los equipos posteriores, desde los devanados del motor hasta los circuitos electrónicos, son mucho más seguros cuando la corriente de falla se interrumpe antes de que se hayan acumulado calor y tensiones mecánicas.

• Cumplimiento: las normas internacionales especifican tiempos máximos de interrupción para varios múltiplos de la corriente de falla, y el equipo debe poder cumplir con estas normas.

Esta es también la razón por la que nuestra gama de disyuntores magnéticos hidráulicos está diseñada para velocidades de disparo de hasta 3 ms, con amplios rangos de ajuste de 0,5 A a 50 A. En aplicaciones como la carga de vehículos eléctricos, la fabricación de chips o el almacenamiento de energía, donde la energía de falla debe contenerse antes de que pueda propagarse, esa diferencia de velocidad es toda la propuesta de valor.

Aplicaciones comunes

Los disyuntores magnéticos aparecen en una gama más amplia de entornos de lo que la mayoría de la gente supone, y los requisitos de diseño cambian considerablemente dependiendo de dónde se encuentre el dispositivo.

• Edificios residenciales y comerciales: protección general de circuitos derivados para iluminación y circuitos de enchufes y electrodomésticos.

• Maquinaria industrial y paneles de control: protección para circuitos de motores, variadores y equipos de automatización industrial donde ocurren corrientes de irrupción con frecuencia.

• Vehículos de nueva energía: protección del camino desde la batería hasta el motor eléctrico, donde la resistencia térmica y la resistencia a las vibraciones desempeñan un papel no menos importante que la rápida velocidad de viaje.

• Infraestructura de carga rápida: sirve como puerta de protección final delante de los equipos de carga de alta potencia y alto voltaje.

• Sistemas de almacenamiento de energía y energía renovable: protección de configuraciones de fuente-red-carga-almacenamiento donde la continuidad del suministro y la contención de fallas tienen un gran peso.

• Ambientes marinos y marinos: donde la resistencia a la corrosión y la durabilidad mecánica no son negociables además del rendimiento eléctrico estándar.

Un desglose completo de estos casos de uso, junto con las familias de productos específicas que recomendamos para cada uno, está disponible en nuestra página de Aplicaciones..

Elegir el disyuntor magnético adecuado para su proyecto

Seleccionar el dispositivo correcto se reduce a adaptar las características del interruptor a las condiciones eléctricas y mecánicas reales de la instalación, no sólo a la carga nominal.

• Capacidad de carga: la capacidad de la clasificación actual del interruptor debe acomodar de manera segura la carga continua anticipada, dejando cierto margen para el comportamiento normal de irrupción del sistema.

• Capacidad de corte (clasificación kA): debe ser adecuada e igual o superior a la corriente de falla disponible en el lugar de instalación. Este es uno de los errores de especificación más críticos posibles.

• Curva de disparo: la curva, como se analizó anteriormente, debe corresponder a las características de irrupción de la carga.

• Número de polos: unipolar para el circuito monofásico y bipolar o tripolar según la configuración de la fuente de alimentación.

• Clasificación ambiental: incluye rango de temperatura, capacidad para resistir vibraciones y protección contra cualquier posible ingreso al disyuntor.

• Certificaciones: cumplimiento de IEC, UL, CE u otras normas regionales relevantes, según el mercado objetivo.

Mantenimiento y signos de desgaste

Un disyuntor no es un dispositivo que no requiere mantenimiento, aunque a menudo se lo trata como tal. A lo largo de años de servicio, el desgaste mecánico y eléctrico puede degradar la confiabilidad del disparo mucho antes de que ocurra cualquier falla visible.

• Respuesta de disparo lenta: si el interruptor parece tardar inusualmente en dispararse durante la prueba en comparación con el tiempo indicado por su curva nominal, entonces el problema puede residir en su mecanismo de resorte o tira bimetálica.

• Daño visible en los contactos: las picaduras, el cambio de color o la corrosión en los contactos pueden implicar una gran formación de arcos que el cortafuegos no ha manejado adecuadamente.

• Daño físico a la carcasa: cualquier grieta o marca de quemaduras en la carcasa del interruptor puede indicar que hubo un evento de falla interna del cual el interruptor sobrevivió, pero puede no ser confiable en operaciones futuras.

• Pruebas periódicas: para sistemas valiosos y de misión crítica, la mejor manera de garantizar el rendimiento del interruptor es programar pruebas antes de que ocurra la falla.

Reemplazar un disyuntor a la primera señal de estos síntomas es mucho más barato que la alternativa: un disparo fallido durante un evento de falla real.

Conclusión

En resumen, el disyuntor magnético aprovecha el principio de correlación entre la corriente y la fuerza magnética. Por tanto, el disyuntor magnético se puede utilizar en muchas aplicaciones. La selección e instalación adecuadas siguen siendo esenciales para una protección segura y confiable.

En Chinehow, hemos creado nuestra gama de productos con precisión, desde disyuntores en miniatura estándar hasta disyuntores magnéticos hidráulicos de alta velocidad diseñados para aplicaciones exigentes. Póngase en contacto con nuestro equipo para trabajar con usted en su próximo proyecto.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un disyuntor magnético y un disyuntor magnetotérmico?

Un disyuntor magnético protege contra cortocircuitos repentinos utilizando únicamente un mecanismo electromagnético, mientras que un disyuntor magnetotérmico combina ese sistema magnético con una tira bimetálica térmica para proteger tanto contra cortocircuitos como contra sobrecargas graduales.

¿Qué tan rápido se dispara un disyuntor magnético durante un cortocircuito?

Un disyuntor magnético se dispara casi instantáneamente durante un cortocircuito, generalmente entre unos pocos milisegundos y 0,1 segundos (menos de un ciclo eléctrico).

¿Se puede restablecer un disyuntor magnético después de dispararse?

Sí, un disyuntor magnético se puede restablecer manualmente después de dispararse, siempre que se haya solucionado el cortocircuito o falla eléctrica subyacente.

¿Es lo mismo un disyuntor magnético que un MCB?

No, un disyuntor magnético no es lo mismo que un MCB (disyuntor en miniatura), aunque un MCB estándar puede contener un mecanismo magnético.

¿Los disyuntores magnéticos protegen contra descargas eléctricas?

No, los disyuntores magnéticos o termomagnéticos estándar no protegen a las personas de descargas eléctricas.

¿Cómo sé qué curva de viaje necesito (B, C o D)?

Usted elige una curva de disparo del disyuntor (B, C o D) en función de la corriente de entrada (el aumento temporal de electricidad cuando se enciende un electrodoméstico o máquina).