Guía completa para la selección de interruptores y el cálculo de ajustes

Cómo seleccionar y configurar interruptores automáticos

1. Tipos de interruptores automáticos

1.1 Interruptor automático de aire (ACB)
También conocido como interruptor automático moldeado o universal, todos sus componentes están montados en un marco metálico aislado. Es generalmente de tipo abierto, lo que permite el reemplazo fácil de contactos y piezas, y puede equiparse con diversos accesorios. Los ACB se utilizan comúnmente como interruptores principales de suministro de energía. Las unidades de desencadenamiento por sobrecorriente incluyen tipos electromagnéticos, electrónicos e inteligentes. Proporcionan protección en cuatro etapas: retardo largo, retardo corto, instantáneo y falla a tierra, con cada ajuste de protección ajustable dentro de un rango basado en el tamaño del marco.

Los ACB son adecuados para redes de CA a 50 Hz con voltajes nominales de 380 V o 660 V y corrientes nominales de 200 A a 6300 A. Se utilizan principalmente para la distribución de energía y la protección contra sobrecargas, bajos voltajes, cortocircuitos y fallas a tierra en una fase. Estos interruptores ofrecen múltiples funciones de protección inteligente y protección selectiva. Bajo condiciones normales, pueden usarse para el encendido y apagado infrecuente de circuitos. Los ACB con calificación hasta 1250 A también pueden proteger los motores de sobrecarga y cortocircuito en sistemas de 380 V/50 Hz.

Las aplicaciones comunes incluyen interruptores principales de salida en el lado de 400 V de los transformadores, interruptores de conexión de barras, interruptores de alimentación de alta capacidad y interruptores de control de grandes motores.

1.2 Interruptor automático moldeado (MCCB)
También conocido como interruptor automático enchufable, sus terminales, extintores de arco, unidades de desencadenamiento y mecanismo de operación están alojados en un recubrimiento de plástico. Los contactos auxiliares, las unidades de desencadenamiento por bajo voltaje y las unidades de desencadenamiento por derivación suelen ser modulares, resultando en un diseño compacto. Los MCCB generalmente no están diseñados para reparación y se utilizan típicamente como protección de circuitos secundarios.

La mayoría de los MCCB incluyen unidades de desencadenamiento térmico-magnético. Los modelos más grandes pueden tener sensores de desencadenamiento de estado sólido. Las unidades de desencadenamiento por sobrecorriente pueden ser electromagnéticas o electrónicas. Los MCCB electromagnéticos son generalmente no selectivos, ofreciendo solo protección de retardo largo e instantánea. Los MCCB electrónicos proporcionan cuatro funciones de protección: retardo largo, retardo corto, instantáneo y falla a tierra. Algunos modelos más nuevos incluyen interbloqueo selectivo de zonas.

Los MCCB se utilizan comúnmente para el control y la protección de circuitos de alimentación, interruptores principales de salida en pequeños transformadores de distribución, terminales de control de motores y como interruptores de potencia para diversas máquinas.

1.3 Interruptor automático miniatura (MCB)
Los MCB son los dispositivos de protección terminal más ampliamente utilizados en sistemas eléctricos de edificios. Protegen circuitos monofásicos y trifásicos de hasta 125 A contra cortocircuitos, sobrecargas y sobrevoltajes. Disponibles en configuraciones de 1P, 2P, 3P y 4P.

Un MCB consta de un mecanismo de operación, contactos, dispositivos protectores (varias unidades de desencadenamiento) y un sistema de extinción de arcos. Los contactos se cierran manualmente o eléctricamente y se mantienen en su lugar mediante un mecanismo de liberación libre. El bobinado de la unidad de desencadenamiento por sobrecorriente y el elemento calefactor de la unidad de desencadenamiento térmico están conectados en serie con el circuito principal, mientras que el bobinado de la unidad de desencadenamiento por bajo voltaje está conectado en paralelo con la fuente de alimentación.

En el diseño eléctrico de edificios, los MCB se utilizan para la protección contra sobrecargas, cortocircuitos, sobrecorriente, bajo voltaje, falla a tierra, fuga, transferencia automática de doble fuente de alimentación y arranque y protección de motores infrecuentes.

2. Parámetros técnicos clave de los interruptores automáticos

• Voltaje nominal de operación (Ue)
  El voltaje nominal al cual el interruptor automático está diseñado para operar continuamente bajo condiciones especificadas. En China, para sistemas de hasta 220 kV, el voltaje máximo de operación es 1.15 veces el voltaje nominal del sistema; para 330 kV y superior, es 1.1 veces. El interruptor debe mantener la aislación y realizar operaciones de conmutación al voltaje máximo de operación del sistema.

• Corriente nominal (In)
  La corriente que la unidad de desencadenamiento puede soportar continuamente a temperaturas ambientales de hasta 40°C. Para unidades de desencadenamiento ajustables, esta es la corriente máxima ajustable. A temperaturas superiores a 40°C (hasta 60°C), se permite la reducción de la corriente.

• Ajuste de corriente de desencadenamiento por sobrecarga (Ir)
  El interruptor se desencadena con retardo cuando la corriente excede Ir, que representa la corriente máxima que el interruptor puede soportar sin desencadenarse. Ir debe ser mayor que la corriente máxima de carga (Ib) pero menor que la corriente permitida del cable (Iz). Para interruptores térmico-magnéticos, Ir es generalmente ajustable de 0.7 a 1.0In; las unidades de desencadenamiento electrónicas ofrecen un rango más amplio, usualmente de 0.4 a 1.0In. Para unidades de desencadenamiento fijas, Ir = In.

• Ajuste de corriente de desencadenamiento por cortocircuito (Im)
  El umbral en el cual la unidad de desencadenamiento instantáneo o de retardo corto se activa para desconectar rápidamente el circuito durante corrientes de fallo altas.

• Corriente nominal de resistencia a corto plazo (Icw)
  La corriente que el interruptor puede soportar durante un período especificado sin daño térmico.

• Capacidad de interrupción
  La corriente de fallo máxima que un interruptor puede interrumpir de manera segura, independientemente de su corriente nominal. Valores comunes incluyen 36 kA y 50 kA. Se categoriza en capacidad de interrupción final (Icu) y capacidad de interrupción de servicio (Ics).

3. Principios generales para la selección de interruptores automáticos

• Voltaje nominal de operación ≥ voltaje nominal del circuito.

• Capacidad nominal de conmutación y corte de cortocircuito ≥ corriente de carga calculada.

• Capacidad nominal de conmutación y corte de cortocircuito ≥ corriente de cortocircuito máxima posible en el circuito.

• Corriente de cortocircuito entre fases y tierra en el extremo del circuito ≥ 1.25 × ajuste de desencadenamiento instantáneo (o de retardo corto).

• Voltaje nominal de la unidad de desencadenamiento por bajo voltaje = voltaje nominal del circuito.

• Voltaje nominal de la unidad de desencadenamiento por derivación = voltaje de la fuente de alimentación de control.

• Voltaje nominal del mecanismo de operación eléctrica = voltaje de la fuente de alimentación de control.

• Para circuitos de iluminación, establecer la corriente de desencadenamiento electromagnético instantáneo a 6 veces la corriente de carga.

• Para la protección de cortocircuito de un solo motor: 1.35× corriente de arranque del motor (serie DW) o 1.7× (serie DZ).

• Para varios motores: 1.3× corriente de arranque del motor más grande + suma de las corrientes de funcionamiento de otros motores.

• Como interruptor lateral de baja tensión del transformador principal: capacidad de interrupción > corriente de cortocircuito de baja tensión del transformador; corriente nominal de desencadenamiento ≥ corriente nominal del transformador; ajuste de cortocircuito = 6–10× corriente nominal del transformador; ajuste de sobrecarga = corriente nominal del transformador.

• Después de la selección preliminar, coordinar con los interruptores aguas arriba y abajo para evitar desencadenamientos en cascada y minimizar el alcance de la interrupción.

4. Selectividad de los interruptores automáticos
Los interruptores automáticos se clasifican como selectivos o no selectivos. Los interruptores selectivos ofrecen protección en dos o tres etapas: instantánea y de retardo corto para cortocircuitos, y de retardo largo para sobrecargas. Los interruptores no selectivos son generalmente instantáneos (solo cortocircuito) o de retardo largo (solo sobrecarga). La selectividad se logra utilizando unidades de desencadenamiento de retardo corto con diferentes ajustes de tiempo. Consideraciones clave:

• Ajuste de desencadenamiento instantáneo aguas arriba ≥ 1.1 × corriente máxima de cortocircuito trifásico en la salida del interruptor aguas abajo.

• Si el interruptor aguas abajo es no selectivo, el ajuste de desencadenamiento de retardo corto aguas arriba ≥ 1.2 × ajuste de desencadenamiento instantáneo aguas abajo para mantener la selectividad.

• Si el interruptor aguas abajo también es selectivo, el retardo de tiempo de desencadenamiento de retardo corto aguas arriba ≥ retardo de tiempo de desencadenamiento de retardo corto aguas abajo + 0.1s.
  Generalmente, Iop.1 ≥ 1.2 × Iop.2.

5. Protección en cascada
En el diseño del sistema, la coordinación entre los interruptores aguas arriba y abajo asegura la selectividad, la velocidad y la sensibilidad. Una coordinación adecuada permite la aislación selectiva de fallas, manteniendo la alimentación a los circuitos sanos. La cascada utiliza el efecto limitador de corriente del interruptor aguas arriba (QF1). Cuando ocurre un cortocircuito aguas abajo (en QF2), la acción limitadora de corriente de QF1 reduce la corriente de fallo real, permitiendo que QF2 interrumpa una corriente mayor que su capacidad nominal. Esto permite el uso de interruptores aguas abajo de menor costo y menor capacidad de interrupción. Las condiciones incluyen no tener cargas críticas en circuitos adyacentes (ya que el desencadenamiento de QF1 provocaría un apagón en QF3), y una coincidencia adecuada de los ajustes instantáneos. Los datos de cascada se determinan mediante pruebas y se proporcionan por los fabricantes.

6. Sensibilidad de los interruptores automáticos
Para garantizar un funcionamiento confiable durante condiciones de fallo mínimas, la sensibilidad (Sp) debe ser ≥1.3 según GB50054-95:
Sp = Ik.min / Iop ≥ 1.3
Donde Iop es el ajuste de desencadenamiento instantáneo o de retardo corto, e Ik.min es la corriente de cortocircuito mínima en el extremo de la línea protegida bajo operación mínima del sistema. Para interruptores selectivos con desencadenamiento de retardo corto e instantáneo, solo se necesita verificar la sensibilidad del desencadenamiento de retardo corto.

7. Selección y ajuste de las unidades de desencadenamiento

(1) Ajuste de desencadenamiento por sobrecorriente instantáneo. Debe exceder la corriente pico del circuito (Ipk) durante el arranque del motor:
Iop(0) ≥ Krel × Ipk
(Krel = factor de confiabilidad)

(2) Ajuste de desencadenamiento por sobrecorriente de retardo corto y tiempo
Iop(s) ≥ Krel × Ipk. Los retrasos de tiempo son generalmente de 0.2 s, 0.4 s o 0.6 s, ajustados para asegurar que el tiempo de operación aguas arriba sea mayor que el de aguas abajo por un paso de tiempo.

(3) Ajuste de desencadenamiento por sobrecorriente de retardo largo y tiempo
Protege contra sobrecargas: Iop(l) ≥ Krel × I30 (corriente máxima de carga). El ajuste de tiempo debe exceder la duración permitida de la sobrecarga a corto plazo.

(4) Coordinación entre los ajustes de desencadenamiento y la capacidad del cable.Para prevenir el sobrecalentamiento o incendio del cable sin desencadenar:

Iop ≤ Kol × Ial
Donde Ial = capacidad admisible de corriente del cable, Kol = factor de sobrecarga a corto plazo (4.5 para desencadenamiento instantáneo o de retardo corto; 1.1 para desencadenamiento de retardo largo como protección contra cortocircuitos; 1.0 solo para protección contra sobrecargas). Si no se cumple, ajustar el ajuste de desencadenamiento o aumentar el tamaño del cable.