Los disyuntores en miniatura, comúnmente conocidos como MCB, se utilizan ampliamente en aplicaciones de seguridad y distribución de energía tanto domésticas como industriales. Son interruptores muy robustos que pueden actuar tanto como un interruptor normal como un dispositivo de seguridad. Este artículo tiene como objetivo discutir en profundidad sobre los MCB, su construcción, principio de funcionamiento y aplicaciones.
¿Qué es un disyuntor en miniatura?
Los disyuntores en miniatura se encuentran en casi todas partes donde se necesita controlar la energía eléctrica. Los MCB tienen sus aplicaciones desde hogares típicos hasta máquinas e instalaciones industriales. Si es nuevo en los MCB, es posible que haya visto uno de estos en los tableros de distribución de su casa:
Los MCB generalmente se colocan después de los RCCB (disyuntores de corriente residual) en un tablero de distribución para cambiar la energía a un circuito o aparato en particular. En una aplicación doméstica, puede ser el suministro eléctrico de una habitación o una parte de ella, como las luces o los enchufes de pared.
Los disyuntores en miniatura son básicamente interruptores de encendido/apagado que tienen una característica de seguridad adicional llamada "protección contra sobrecorriente/cortocircuito". Los MCB están clasificados para una corriente máxima particular. Si la corriente a través del MCb es superior a ese valor, puede apagarse automáticamente y proteger el resto del circuito.
Esto es muy ventajoso sobre los fusibles tradicionales porque los fusibles deben reemplazarse después de un incidente de sobrecorriente. No es necesario reemplazar los MCB, ya que podemos volver a encenderlos fácilmente después de corregir la falla en el sistema. Los actuadores en ellos están accionados por resorte y la posición de apagado está en la parte inferior. Esto se hace con el propósito de proporcionar una acción de apagado rápido si ocurre una falla en el circuito.
Principio de funcionamiento del disyuntor en miniatura
Los disyuntores en miniatura son dispositivos relativamente simples que actúan como interruptores mecánicos con apagado por sobrecorriente. Son muy fáciles de instalar y operar y, a menudo, su instalación no cuesta una fortuna. Echemos un vistazo al funcionamiento interno de un MCB y cómo funciona.
El principio funcional de un MCB se basa en un fenómeno físico simple pero interesante. Se llama 'expansión térmica' de una tira bimetálica. Este es el mismo principio que se usa en las planchas para encender/apagar automáticamente el elemento calefactor para mantener la temperatura establecida.
Normalmente, cuando la corriente eléctrica viaja a través de un conductor, tiende a calentarse. Esto hace que el conductor metálico se 'expanda' a lo largo. Si el metal es uniforme y está hecho del mismo material, este aumento es lineal y se puede observar midiendo la diferencia de longitud antes y después del calentamiento. Diferentes materiales se expanden de manera diferente bajo la misma temperatura.
Las tiras bimetálicas, como sugiere su nombre, están hechas de dos metales diferentes conectados entre sí. Cuando se calientan, en lugar de expandirse en longitud de forma lineal, las tiras bimetálicas tienden a "doblarse" debido a los diferentes coeficientes de expansión de los dos metales. Esta tira bimetálica es parte del camino conductor. Cuando la corriente viaja a través de este conductor cuando el interruptor está en la posición "encendido", se calienta ligeramente.
Esta tira está especialmente diseñada para permitir una cierta cantidad de corriente (es decir, 20 A) sin causar demasiada desviación. Y esta es la calificación del MCB. Cuando la corriente supera este valor, la tira bimetálica se dobla y libera un pestillo electromecánico para desconectar inmediatamente la vía de conducción. Esto toma solo una fracción de segundo, por lo tanto, protege los dispositivos conectados a través del MCB.
El interruptor dentro del MCB está bloqueado mecánicamente bajo una tensión de resorte. Debido a esto, aunque la tira bimetálica se enfríe después de que el interruptor se apague, no se volverá a encender automáticamente. Necesitamos encenderlo manualmente de nuevo. Esto nos permite solucionar y solucionar el problema antes de volver a encender el MCB.
Tipos de disyuntores en miniatura
Los MCB están disponibles en una multitud de tamaños, clasificaciones y tipos que puede elegir para su aplicación particular. Si bien la funcionalidad básica es la misma para todos los tipos y modelos, debe seleccionar el mejor tipo posible para la aplicación para asegurarse de que funcione perfectamente.
Existen seis tipos de disyuntores en miniatura. son tipo A, B, C, DK y Z. Tipo B, C y D son los principales tipos. K y Z son menos comunes y están altamente especializados para ciertas aplicaciones específicas. Estas clasificaciones se basan en el parámetro llamado 'curva de viaje'. La curva de disparo es la respuesta del MCB al flujo de corriente.
MCB tipo A
Los MCB que pertenecen a la categoría A son extremadamente sensibles al flujo de corriente. Son tan sensibles que rara vez se usan. Los MCB tipo A pueden dispararse a aproximadamente 2x a 3x la corriente nominal del dispositivo. Estos se utilizan para proteger dispositivos altamente sensibles como los semiconductores.
MCB tipo B
Los MCB tipo B se disparan entre 3 y 5 veces la corriente nominal. Estos pueden actuar tan rápido como 40 milisegundos o tan lento como 13 segundos dependiendo del modelo. Generalmente se utilizan para controlar circuitos de iluminación domésticos e industriales.
MCB tipo C
Estos disparan a corrientes de aproximadamente 5x a 10x veces la corriente nominal. El tiempo de disparo puede ser de 40 milisegundos hasta 5 segundos. Los MCB tipo C son una buena opción para circuitos que utilizan motores como ventiladores, motores eléctricos, transformadores y hornos de microondas.
MCB tipo D
Los MCB tipo D son el tipo de MCB menos sensible. Estos pueden soportar hasta 10x a 20x veces la corriente nominal para proteger máquinas pesadas como UPS, motores grandes, máquinas de soldadura y máquinas de rayos X. Estos atraen grandes corrientes de entrada, por lo que los MCB tipo D pueden soportar la corriente de manera segura y, al mismo tiempo, brindan seguridad en caso de cortocircuito.
MCB tipo K
Estos son similares a los MCB tipo D, pero son más sensibles que ellos. Estos ofrecen tiempos de disparo más rápidos, por lo que a veces pueden ser más adecuados que los MCB tipo D.
MCB tipo Z
Estas son una versión más receptiva de los MCB tipo A. Los MCB tipo K funcionan con un flujo de corriente de 2 a 3 veces el valor nominal en 0.1 s (100 milisegundos).
Diagrama de disyuntor en miniatura
Echemos un vistazo al diagrama interno de un MCB. MCB significa disyuntor miniatura, un interruptor que puede cortar automáticamente el suministro de energía eléctrica a un circuito en caso de sobrecorriente. Hay muchos componentes electromecánicos dentro de la carcasa de un MCB.
Las partes principales que son visibles desde el exterior son los propios terminales. Hay dos terminales, uno para entrada y otro para salida. Al realizar el cableado, se debe tener cuidado de no cambiarlos.
Puede haber una o varias palancas unidas en un MCB (según el número de polos) para encender y apagar manualmente el dispositivo. Estos están conectados a contactos metálicos (uno es una tira bimetálica y el otro es un contacto metálico fijo) que forman la conexión eléctrica entre los terminales de entrada y salida.
Para activar la protección, hay un solenoide electromagnético que libera los contactos montados en resorte para separarlos instantáneamente. Los modelos MCB más nuevos contienen una unidad adicional llamada "cámara de arco" que ayuda a prevenir la formación de arco eléctrico cuando se desconecta. Esto es muy útil en aplicaciones de carga inductiva de alta corriente, como motores grandes, para proteger el MCB al abrir sus contactos mientras la carga está alimentada.
La siguiente figura muestra un diagrama de circuito simplificado de un MCB que muestra la barra de disparo (palanca), el pestillo y los contactos metálicos junto con el filamento bimetálico.
Ahora, echemos un vistazo al cableado doméstico típico que utiliza disyuntores en miniatura:
Diagrama de cableado MCB
El siguiente diagrama muestra un cableado eléctrico monofásico de un tablero de distribución para una aplicación doméstica.
La electricidad de la red nacional ingresa a las instalaciones a través del medidor de kilovatios-hora y un MCB de dos polos para aislar completamente las instalaciones cuando sea necesario. Esto también actúa como una protección secundaria ya que no es más que un MCB.
Luego, el suministro pasa a través de un dispositivo RCCB (disyuntor de corriente residual). Esto es extremadamente sensible a fugas de corriente y disparos si hay un desequilibrio de corriente en los cables vivos y neutros. Esto es lo que protege a los usuarios de descargas eléctricas.
Después del RCCB, el cable neutro se conecta a una barra colectora y se distribuye a los subcircuitos. El vivo está conectado a una o más entradas de MCB para formar subcircuitos. Las salidas de cada MCB están conectadas a un subcircuito diferente. En una aplicación doméstica típica, estos subcircuitos pueden ser salas de estar, dormitorios, porches y cocinas. Estos subcircuitos lógicos permiten un mayor control sobre la seguridad eléctrica del local.
Precio del disyuntor en miniatura
Los disyuntores en miniatura están disponibles en muchos tipos y configuraciones diferentes. No hay un precio fijo por categoría y también puede variar entre fabricantes. Además, vale la pena señalar que hay dos tipos principales de MCB, AC y DC interruptores Para aplicaciones de corriente continua (CC), nunca se deben usar MCB de CA.
A partir de aplicaciones domésticas y de propósito general, de baja corriente, los MCB pueden costarle desde $ 3- $ 4 hasta cientos de dólares según sus características y tiempos de reacción.
Uso de disyuntores en miniatura
Los MCB encuentran sus aplicaciones en muchos escenarios diferentes.
- Circuitos domésticos
- Los MCB se utilizan en aplicaciones domésticas para evitar la sobrecarga y los riesgos de incendio asociados.
- Calefacción e Iluminación
- Tanto en aplicaciones industriales como de uso general, los sistemas de iluminación de alta potencia y calefacción pueden ejercer una gran presión sobre un sistema eléctrico. Los MCB ayudan a distribuir la carga entre los subcircuitos para manejar mejor la demanda y eliminar cualquier sección cuando no sea necesario.
- Aplicaciones industriales
- Desde el control de motores hasta maquinaria pesada, las fuentes de alimentación de hasta 30 kA (30,000 XNUMX A) se controlan mediante MCB y sus homólogos resistentes, MCCB (disyuntores de caja moldeada).
Operación MCB
Como discutimos anteriormente, hay algunos componentes clave dentro de un MCB:
- Pestillo
- Solenoide
- Switch
- émbolo
- Terminal entrante
- Portachutes de arco
- Conductos de arco
- Contacto dinámico
- Contacto fijo
- Soporte de riel DIN
- Terminal saliente
- Transportador de tiras bimetálicas
- Tira bimetálica
En su funcionamiento normal, el contacto dinámico y el contacto fijo están conectados entre sí cuando el interruptor está en la posición ON. En este punto, el émbolo también se tensa con el resorte incorporado, listo para liberarse cuando sea necesario.
La corriente pasa del terminal de entrada al terminal de salida a través de los contactos fijos y dinámicos y la tira bimetálica.
Cuando la corriente pasa el umbral del MCB, la tira bimetálica comienza a desviarse hacia un lado. Cuando se desvía más allá del umbral máximo (lo que significa que la corriente es demasiado alta), activa el solenoide y libera instantáneamente el émbolo. Esta acción rompe el contacto entre los contactos dinámico y fijo al alejar el contacto dinámico del contacto fijo.
La siguiente figura muestra el estado de funcionamiento normal (izquierda) y el estado disparado (abierto) de un MCB.
Una vez disparados, los MCB no pueden encenderse automáticamente. Un usuario tiene que encender manualmente el MCB para restaurar la energía al circuito. Esto le recuerda al electricista que verifique el circuito en busca de errores y que los corrija antes de volver a encender el circuito.
¿Cómo seleccionar el MCB adecuado para diferentes cargas?
Si bien todos los tipos de MCB siguen el mismo principio funcional, no tienen el mismo rendimiento en términos de tiempo de respuesta y clasificación actual. Por lo tanto, puede que no sea adecuado reemplazar un MCB con un tipo diferente.
Al comprar/seleccionar un disyuntor en miniatura para una aplicación en particular, la práctica habitual es calcular los requisitos de corriente del circuito que se está conmutando y seleccionar un MCB que tenga la misma o mejor clasificación de corriente. Esta es generalmente una mala práctica ya que hay un conjunto de información que se asocia con un MCB que necesita atención.
Comencemos con las marcas que se encuentran en el cuerpo de un MCB.
Hay una serie de parámetros marcados en una carcasa MCB. A veces, no todos estarán disponibles en MCB de un fabricante en particular, pero las marcas más importantes siempre estarán impresas en la unidad.
Veamos los atributos que debemos tener en cuenta al seleccionar un MCB:
- Clasificación de la curva de corriente MCB
- Marcado como Axx, Bxx, Cxx, Dxx, Kxx o Zxx (donde xx es la corriente en amperios), esto indica la aplicación para la que está diseñado el MCB. Por ejemplo, tipo B es más adecuado para cargas puramente resistivas como iluminación y calefacción. C es para cargas inductivas como ventiladores y motores. Escribe C es común ya que también puede manejar fácilmente cargas resistivas puras. Escribe D es para cargas altamente inductivas como motores potentes (bombas de agua, bombas sumergibles, ventiladores industriales), etc. Aunque no son comunes, los tipos A, K y Z también existen. El tipo A es extremadamente sensible y K y Z son menos sensibles que B, C y D.
- Tensión de funcionamiento
- Este voltaje se menciona relacionado con el conteo de fases del sistema. Si el MCB está destinado a ser utilizado en un sistema monofásico, el voltaje será de 230 V o 240 V. Para un sistema trifásico se marcará como 400V o 415V.
- Capacidad de ruptura de MCB
- Esta es la corriente máxima absoluta que el MCB puede cortar de forma segura en caso de una situación de corriente de arranque/cortocircuito extremadamente grande. Esto está escrito en números. Por ejemplo, el MCB que se muestra arriba tiene marcado '6000'. Esto significa que el MCB puede interrumpir con seguridad corrientes de hasta 6000A (6kA).
- Clase energética
- Indicada en julios por segundo, esta es la energía máxima que se puede permitir que exista continuamente MCB en el sistema. Hay tres clases, 1 a 3 que indican este parámetro. El MCB que se muestra aquí es de Clase 3, que permite 1.5 julios/segundo
El resto de la información es específica del fabricante y puede variar de un fabricante a otro.
Disyuntor miniatura vs disyuntor
En el contexto de un electricista, se sabe que el disyuntor en miniatura y el disyuntor son el mismo dispositivo. Desde una perspectiva de ingeniería, el disyuntor es una versión más robusta de MCB que permite la conmutación segura de circuitos de alto voltaje. Los MCB se utilizan en aplicaciones más compactas y de bajo voltaje.
Conclusión
En este artículo, discutimos en profundidad sobre los interruptores automáticos en miniatura, su principio funcional y sus aplicaciones. Los MCB son dispositivos de protección de circuitos eléctricos muy populares y efectivos que protegen los electrodomésticos y el cableado de eventos de sobrecorriente y pueden prevenir riesgos de incendios y descargas eléctricas.
