APLICACIÓN EN CORRIENTE CONTINUA DE INTERUPTORES TERMOMAGNÉTICOS CON ESPECIFICACIONE TÉCNICAS SOLO DE CA
Objeto
El presente artículo tiene como objeto clarificar la funcionalidad y limitaciones del uso de interruptores termomagnéticos genéricos en circuitos sencillos de baja tensión de corriente continua. Ocurre que en muchas instalaciones fotovoltaicas simples se utilizan interruptores de fácil reposición que se consiguen en casas de electricidad o ferreterías y al buscar en Internet la hoja de datos suelen aparecer solo especificaciones en CA, ya que es el uso más frecuente de estos componentes. Es bastante habitual que no se consigan los datos técnicos en CC o dichos datos sean confusos. Para sistemas mas complejos, de grandes corrientes o con tensiones mas altas debe recurrirse a interruptores con especificaciones técnicas explícitas en CC.
Resumen
Todos los interruptores consisten en un par de contactos que se separan, por lo tanto es indistinto si interrumpen un circuito por donde circula CC o CA. Lo que es distinto es la capacidad de ruptura y la máxima tensión a circuito abierto que pueden manejar en forma segura. En general la corriente nominal es exactamente la misma ya sea que se usen en CC o en CA, la protección magnética ante cortocircuitos se amplía un poco en CC y la máxima tensión admisible se reduce notablemente en CC. Por esa razón, de no estar especificada la tensión máxima de operación en CC, es prudente no usarlos cuando la tensión supera los 60 VCC.
En este artículo se analiza la función de cada parte integrante del interruptor y su comportamiento cuando interrumpe un circuito de corriente continua o uno de corriente alterna. De este modo el lector tendrá un criterio fundamentado para la seleccióndel interruptor adecuado cuando no dispone de una hoja de datos específica tanto en CC como en CA.
Las tres funciones de un interruptor termomagnético
Todos los interruptores termomagnéticos cumplen las siguientes funciones en el circuito eléctrico al que están conectados:
• Interrumpir el circuito automáticamente ante una sobrecarga
• Interrumpir el circuito automáticamente ante un cortocircuito
• Interrumpir el circuito manualmente
A continuación, analizaremos como se lleva a cabo cada una de estas tres funcionalidades
Función de interrumpir el circuito ante una sobrecarga
Esta función la ejecuta mediante un bimetal que se calienta por la corriente que maneja el interruptor. Esta es la protección térmica del interruptor TERMOmagnético. Como toda consecuencia de un efecto térmico, éste responde al valor RMS de la corriente que produce ese calor. El valor RMS es el valor de corriente alterna que disiparía la misma potencia que una corriente continua de igual magnitud. Por lo tanto, la función térmica de cualquier interruptor termomagnético es exactamente igual en CC que en CA. La función térmica es la principal función que caracteriza a “una térmica” (de ahí su nombre) y es en general el criterio con el que se selecciona un interruptor de este tipo (Por ejemplo, una térmica de 32 Amp, una de 63 Amp, etc). Lo que significa esto es que dicho interruptor soporta la corriente indicada en forma permanente, esta es la corriente nominal del interruptor. Si se excede esta corriente nominal
Uso de termomagnéticas genéricas en circuitos de CC
Ing Martín Lema Junio de 2021
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(es decir hay una sobrecarga) pasado un cierto tiempo que está establecido en las curvas características del interruptor, actuará la protección térmica.
Vale la pena recalcar que tanto para la corriente nominal como para las curvas de actuación de la protección térmica se usa valor RMS de la corriente, por lo que resulta EXACTAMENTE EL MISMO VALOR YA SEA EN CC O EN CA.
Función de interrumpir el circuito automáticamente ante un cortocircuito
Esta función la ejecuta mediante un electroimán que actúa cuando la corriente que atraviesa su bobina supera cierto valor. Este valor es mucho mas grande que el necesario para actuar la protección térmica. Esta es la protección magnética del interruptor termoMAGNÉTICO
A diferencia de la protección térmica que necesita de mucho tiempo para calentar el bimetal, siempre se trata de que la protección magnética sea tan rápida como sea posible.
En este caso NO ES IGUAL la corriente necesaria para que actúe la protección magnética, en corriente continua en general será mayor y por lo tanto debe modificarse con un coeficiente que varía entre 1 y 1.45 dependiendo del diseño de cada interruptor y la cantidad de polos que se conectan en serie A veces se usan varios polos en serie para aumentar la máxima tensión admisible en CC. De no contar con datos específicos para la actuación en CC puede asumirse un valor 1.4 veces el valor establecido para CA. Es decir, la curva B, C o la que aplique a ese interruptor en particular se desplaza estas 1.4 veces en corriente continua respecto de la de CA Ejemplo (tomado de la sección de preguntas frecuentes de Schneider Electric)
Un interruptor cuya corriente nominal es de 32 Amperes con curva C y según su curva para CA, se establece que la protección magnética actuará a 8 veces la corriente nominal ± 20% (es decir 256 Amp) en el caso de CC puede estimarse que la protección actuará a 1.38 x 8 veces la corriente nominal, es decir 1.38 x 8 x 32= 353 Amp ± 20%
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Capacidad de interrupción (poder de corte)
Esta es la capacidad que tiene el interruptor para manejar corrientes enormes producto de un cortocircuito franco. Estas corrientes se miden en KA (Kilo Amperes). En esta situación de cortocircuito el electroimán abre los contactos del interruptor, pero se forma un arco eléctrico por el que circula una corriente importante y al existir una diferencia de potencial entre los contactos (porque están abriendo o ya están abiertos del todo) este arco eléctrico genera muchísimo calor. Aquí es donde mas se pone de manifiesto la diferencia entre interrumpir corriente alterna de interrumpir corriente continua. Al no haber pase por cero en corriente continua, el arco es más difícil de extinguir.
Por esta razón cunado se utiliza un interruptor en corriente continua, está fuertemente limitada la máxima tensión de operación permitida que en definitiva es la que mantiene el arco. Una manera de interrumpir tensiones mayores consiste en poner polos en serie. Típicamente los interruptores termomagnéticos diseñados para redes de 380 VCA tienen especificado no más de 60V por polo en CC. Como se aprecia en la tabla de la derecha si se requiere interrumpir tensiones superiores a 60V se requiere de 2 o mas polos en serie.
ESTA SOLUCIÓN DE VARIOS POLOS EN SERIE ES VÁLIDA SOLO SI ESTÁ ESPECIFICADA POR EL FABRICANTE. De lo contrario no es recomendable el uso de interruptores de uso genérico en CC con tensiones mayores a 60VCC
Función de Interrumpir el circuito manualmente.
En este caso la interrupción del circuito se realiza manualmente mediante el actuador del interruptor. En esta funcionalidad la exigencia a los contactos es mínima ya que la corriente que está conduciendo el interruptor es menor a la nominal. De todos modos se conserva el criterio de máxima tensión admisible en CC (típicamente <60VCC sin poner polos en serie)
Uso del interruptor como seccionador
En muchos circuitos de CC donde no se requiere ni protección térmica ni magnética (por ejemplo en la conexión de paneles solares) donde, por más que se realice un cortocircuito, nunca circulará más corriente que la que entrega el panel, algunos clientes prefieren un interruptor termomagnético a un seccionador fusible. Esto se debe a que no se corre el riesgo de “perder el cartucho fusible y reemplazarlo por cualquier cosa”. En estos casos no son críticas las especificaciones del interruptor, ni su poder de corte ni su curva. Lo que si debe tenerse en cuenta es la tensión de operación, hay muchas configuraciones de paneles con tensiones de cientos de volts de CC, en estos casos específicos deben utilizarse materiales eléctricos aptos para tales tensiones (cables, Interruptores, borneras, fusibles, etc).
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Ejemplo de curva C y su extensión en corriente continua
En la imagen de la derecha se grafica como “se amplía” la zona de actuación magnética cuando la bobina del electroimán se acciona con corriente continua. También se observa que la región de sobrecarga sin llegar al cortocircuito (zona térmica) no se altera en absoluto ya sea que se utiliza en CA como en CC. También se observa que la corriente nominal (In=1) se conserva en cualquiera de las dos situaciones por lo que un interruptor termomagnético especificado para por ejemplo 32Amp en CA también tiene 32 Amp como corriente nominal en CC
Las partes que forman una termomagnética
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Por donde circula la corriente en una termomagnética
Como se mueven las piezas dentro de una termomagnética
Bibliografía
Cuaderno de aplicaciones técnicas N°5: Interruptores automáticos ABB para aplicaciones de corriente continua
Miniature Circuits Breakers Schneider Electric www.se.com
Preguntas frecuentes de Schneider Electric de Argentina https://www.se.com/ar/es/faqs
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