¿Qué es MCB (disyuntor en miniatura)? Construcción, Operación, Tipos y Aplicaciones
Introducción a los disyuntores en miniatura (MCB)
Todos los fusibles deben reemplazarse con MCB (disyuntores en miniatura) para mejorar la seguridad y el control una vez que hayan cumplido su propósito. A diferencia de un fusible, un MCB funciona como un interruptor automático que se abre en caso de que fluya una corriente excesiva a través del circuito. Una vez que el circuito vuelve a la normalidad, se puede volver a cerrar sin necesidad de reemplazo manual.
Los MCB se utilizan principalmente como alternativas a los interruptores fusibles en la mayoría de los circuitos. Hoy en día, se utiliza una amplia variedad de MCB con capacidades de corte que van desde 10 KA a 16 KA en aplicaciones domésticas, comerciales e industriales, y sirven como medio de protección confiable.
¿Qué es un disyuntor en miniatura (MCB)?
Un MCB o disyuntor en miniatura Es un dispositivo electromagnético que está encerrado en un material aislante moldeado. La función principal de un MCB es abrir automáticamente el circuito conectado cuando la corriente excede su valor establecido. También se puede operar manualmente para encender y apagar el circuito conectado, similar a un interruptor estándar, si es necesario.
A continuación se muestra el símbolo genérico utilizado para los disyuntores.
Los MCB son dispositivos de disparo con retardo de tiempo en los que la magnitud de la sobrecorriente controla el tiempo de funcionamiento. Esto implica que operan cuando las sobrecargas persisten el tiempo suficiente como para representar un peligro para el circuito protegido.
Como resultado, los MCB no responden a cargas transitorias, como sobretensiones de interruptores y corrientes de arranque de motores. Generalmente, están diseñados para funcionar en menos de 2,5 milisegundos durante fallas de cortocircuito y en el rango de 2 segundos a 2 minutos en caso de sobrecargas, dependiendo del nivel de corriente.
En la figura se muestra la apariencia externa típica de un MCB. Los MCB se fabrican en varias versiones de polos, incluidas estructuras simples, dobles, triples y de cuatro polos, cada una con diferentes niveles de corriente de falla.
Por lo general, los MCB están interconectados para crear versiones de dos y tres polos, lo que garantiza que una falla en una línea rompa el circuito completo, proporcionando un aislamiento completo del circuito. Esta característica es particularmente útil en el caso de monofásico en protección de motor trifásico.
Estos dispositivos están clasificados en 220 V para suministro de CC y 240/415 V para suministro de CA (monofásico y trifásico) con diferentes capacidades de corriente de cortocircuito. Normalmente, los dispositivos monofásicos tienen un rango de corriente de carga de hasta 100 A. Algunos MCB tienen la posibilidad de ajustar su capacidad de corriente de disparo, mientras que otros están fijos para corrientes de carga específicas y clasificaciones de cortocircuito.
Los MCB cumplen múltiples funciones, como interruptores de control local, interruptores de aislamiento contra fallas y dispositivos de protección contra sobrecargas para instalaciones o equipos y electrodomésticos específicos.
Construcción de MCB
Un MCB está revestido de material aislante moldeado, lo que proporciona una carcasa aislada y mecánicamente resistente.
El sistema de conmutación consta de un contacto fijo y uno móvil a los que se conectan los cables entrantes y salientes. Las piezas metálicas o conductoras de corriente están hechas de cobre electrolítico o aleación de plata, según la potencia del disyuntor.
La figura anterior muestra las siguientes piezas y componentes dentro de un MCB (vista en sección transversal)
- Operador (ON-OFF)
- Mecanismo de operación
- Espacio para marca de identificación
- Terminal térmica (suministro entrante)
- Protección térmica bimetálica
- Cámara de arco
- Protección Electromagnética (Solenoide o Bobina Magnética)
- Contactos fijos
- Mover contactos
- Terminal inferior (carga saliente)
- Soporte para carril DIN
A medida que los contactos se separan durante una situación de sobrecarga o cortocircuito, se forma un arco eléctrico. Todos los MCB modernos están diseñados para manejar procesos de interrupción del arco, donde la extracción de energía y el enfriamiento del arco son proporcionados por placas divisoras de arco metálicas.
Estas placas se mantienen en su posición mediante un material aislante. Además, se proporciona un corredor de arco para guiar el arco producido entre los contactos principales.
El mecanismo operativo incorpora dispositivos de disparo magnético y térmico.
El dispositivo de disparo magnético comprende esencialmente un sistema magnético compuesto con un amortiguador accionado por resorte que contiene una pastilla magnética en un fluido de silicio, junto con un disparo magnético normal. Una bobina portadora de corriente en el dispositivo de disparo mueve el casquillo contra el resorte hacia una pieza polar fija. La atracción magnética se desarrolla en la palanca de disparo cuando la bobina produce un campo magnético suficiente.
En caso de cortocircuitos o sobrecargas importantes, el fuerte campo magnético generado por las bobinas (solenoide) es suficiente para atraer el inducido de la palanca de disparo, independientemente de la posición del amortiguador en el amortiguador.
El dispositivo de disparo térmico consta de una tira bimetálica alrededor de la cual se enrolla una bobina calefactora para generar calor dependiendo del flujo de corriente.
El diseño del calentador puede ser directo, donde la corriente pasa a través de una tira bimetálica que afecta parte del circuito eléctrico, o indirecto, donde una bobina de un conductor que transporta corriente se enrolla alrededor de la tira bimetálica. La desviación de la tira bimetálica activa el mecanismo de disparo en caso de determinadas condiciones de sobrecarga.
Las tiras bimetálicas se componen de dos metales diferentes, normalmente latón y acero. Estos metales están remachados y soldados en toda su longitud. Están diseñados de tal manera que no calentarán la tira hasta el punto de disparo para corrientes normales. Sin embargo, si la corriente excede el valor nominal, la tira se calienta, se dobla y dispara el pestillo. Se eligen tiras bimetálicas para proporcionar retrasos de tiempo específicos bajo ciertas sobrecargas.
Trabajo y operación de MCB
En condiciones normales de trabajo, un MCB funciona como un interruptor manual para encender o apagar el circuito. En caso de sobrecarga o cortocircuito, se dispara automáticamente para interrumpir el flujo de corriente en el circuito de carga.
La indicación visual de este disparo se puede observar mediante el movimiento automático del mando de funcionamiento a la posición OFF. Este funcionamiento automático en un MCB se puede conseguir de dos formas, como hemos visto en la construcción de MCB: disparo magnético y disparo térmico.
En condiciones de sobrecarga, la corriente que pasa a través del bimetal hace que su temperatura aumente. El calor generado dentro del propio bimetal es suficiente para provocar una desviación debido a la expansión térmica de los metales. Esta desviación libera aún más el pestillo de disparo, lo que provoca la separación de los contactos.
En algunos MCB, el campo magnético generado por la bobina hace que ejerza tracción sobre los bimetales, lo que produce una desviación que activa el mecanismo de disparo.
En condiciones de cortocircuito o sobrecarga intensa, entra en juego el dispositivo de disparo magnético. Durante condiciones normales de trabajo, la pastilla se mantiene en posición mediante un resorte ligero porque el campo magnético generado por la bobina no es suficiente para atraer el pestillo.
Cuando fluye una corriente de falla, el campo magnético generado por la bobina se vuelve lo suficientemente fuerte como para superar la fuerza del resorte que mantiene la bala en su posición. En consecuencia, el obús se mueve y acciona el mecanismo de disparo.
La mayoría de los disyuntores en miniatura implementan una combinación de mecanismos de disparo magnéticos y térmicos. Tanto en las operaciones de disparo magnético como térmico, se forma un arco cuando los contactos comienzan a separarse. Luego, este arco se dirige hacia las placas divisoras de arco a través de un corredor de arco.
Estas placas divisoras de arco, también llamadas rampas de arco, transforman el arco en una serie de arcos y al mismo tiempo extraen y enfrían su energía. Esta disposición garantiza una extinción efectiva del arco.
Tipos de disyuntores en miniatura (MCB)
Hay muchos tipos de disyuntores mientras que los MCB se clasifican en los siguientes tipos principales según sus corrientes de disparo instantáneas. Son los siguientes:
MCB tipo A
Los MCB tipo A, caracterizados por su curva de disparo, están diseñados para brindar protección contra sobrecorrientes de bajo nivel, lo que hace Los hacen adecuados para circuitos con una alta carga capacitiva, como los que alimentan iluminación fluorescente.
Con un rango de corriente de disparo de 2 a 3 veces su corriente nominal, los MCB tipo A responden a condiciones de sobrecorriente en un umbral relativamente bajo. Esta sensibilidad es particularmente ventajosa en aplicaciones donde prevalecen los dispositivos electrónicos y equipos sensibles.
MCB tipo B
El MCB tipo “B” se disparará instantáneamente a una velocidad de tres a cinco veces su corriente nominal. Normalmente se utilizan para cargas resistivas o inductivas pequeñas donde las sobretensiones de conmutación son muy pequeñas. Por lo tanto, son adecuados para instalaciones residenciales o comerciales ligeras.
MCB tipo C
El MCB tipo “C” se disparará instantáneamente a una velocidad de cinco a diez veces su corriente nominal. Normalmente se utilizan para cargas inductivas altas donde las sobretensiones de conmutación son altas, como pequeños motores eléctricos e iluminación fluorescente.
En tales casos, se prefieren los MCB tipo C para manejar valores más altos de corrientes de cortocircuito. Por lo tanto, son adecuados para instalaciones comerciales e industriales altamente inductivas.
MCB tipo D
El disyuntor en miniatura tipo “D” se disparará instantáneamente a una velocidad de diez a veinticinco veces su corriente nominal. Normalmente se utilizan para cargas inductivas muy altas donde la corriente de entrada alta es muy frecuente.
Son adecuados para aplicaciones industriales y comerciales específicas. Los ejemplos comunes de tales aplicaciones incluyen máquinas de rayos X, sistemas UPS, equipos de soldadura industrial, grandes motores de bobinado, etc.
MCB tipo G
Los MCB tipo “G” son capaces de brindar protección contra sobrecorriente y falla a tierra, similar a los AFCI y RCD. Por lo general, se requieren en áreas específicas de edificios residenciales y comerciales para mejorar la seguridad eléctrica.
Según el NEC, deben instalarse en dormitorios, salas de estar, pasillos y circuitos que dan servicio a enchufes y dispositivos en otras áreas para detectar y mitigar el riesgo de incendios eléctricos causados por arcos en el cableado.
MCB tipo H
Los MCB tipo “H” son similares a los MCB tipo G, diseñados para brindar protección contra fallas de arco y sobrecorrientes, especialmente en sistemas eléctricos alimentados por suministro de corriente continua (CC).
MCB tipo K
Los MCB tipo “K” se utilizan para ofrecer protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos en aplicaciones donde la probabilidad de fallas es alta, como casos con altas corrientes de entrada en motores y aplicaciones inductivas.
MCB tipo Z
Los MCB tipo “Z” están diseñados para circuitos electrónicos y equipos sensibles. Proporcionan protección contra sobrecorrientes de bajo nivel y son adecuados para circuitos con dispositivos semiconductores.
Los tipos de MCB anteriores (basados en curvas y corrientes de disparo) brindan protección en una décima de segundo. Las corrientes de disparo mínima y máxima de estos MCB se dan en forma de tabla a continuación, donde «Ir» es la corriente nominal del MCB.
Los MCB también se pueden clasificar según el número de polos, como MCB unipolares, bipolares, tripolares y cuadripolares.
¿Cómo seleccionar un MCB adecuado para diferentes cargas?
Seleccionar el MCB adecuado para una aplicación específica es una tarea meticulosa y esencial para garantizar una protección confiable contra sobrecargas y cortocircuitos. Si no se elige un MCB de acuerdo con los requisitos del circuito, se pueden producir disparos frecuentes e indeseados.
Antes de profundizar en los detalles, es fundamental comprender las diferencias entre los disyuntores MCB, MCCB, ELCB, RCB, RCD o RCCB y aprender a leer los datos impresos en la placa de identificación del MCB.
Si el MCB tiene un tamaño insuficiente (con una clasificación inferior a la corriente de carga nominal), puede provocar disparos frecuentes, interrumpiendo la corriente a la carga conectada, ya que la corriente nominal del MCB es menor que la corriente nominal de la carga.
Por el contrario, si el MCB está sobredimensionado (con una clasificación superior a la corriente de carga nominal), es posible que la carga conectada no esté protegida de manera eficiente. En tales casos, es posible que el MCB no se dispare incluso cuando la carga consuma una corriente excesiva.
Se deben considerar tres factores críticos al seleccionar el MCB adecuado para una aplicación específica.
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1. Clasificación nominal del disyuntor
Esta es la clasificación de corriente nominal en amperios del MCB. Este valor debe ser inferior a la capacidad de carga actual del sistema de cableado y superior o igual a la corriente máxima de carga completa en el sistema de cableado. Generalmente, esta clasificación debe ser tal que pueda soportar el 125 por ciento de la carga continua más la clasificación de la carga no continua. Normalmente esto se puede expresar como
Corriente máxima de carga completa en el sistema. ≤ Calificación actual de MCB ≤ Clasificación del cable
2. Clasificación kA o capacidad de corte
Esta clasificación se refiere a la capacidad del MCB que puede disparar o interrumpir el circuito en condiciones de cortocircuito. Su clasificación se expresa en Kilo Amps (KA). Esta clasificación no debe ser inferior a la posible corriente de cortocircuito.
La posible corriente de cortocircuito es la corriente máxima que existe en el circuito durante las condiciones de cortocircuito. En instalaciones residenciales, un MCB de 6 KA es suficiente, mientras que se necesita un MCB de 10 KA o superior para aplicaciones comerciales e industriales ligeras. Lea más acerca de ¿Por qué la capacidad del disyuntor se clasificó en MVA y ahora en kA y kV?
3. Tipo de MCB
El tipo de MCB necesario para una aplicación específica se decide según las características operativas, de modo que se requieren varias clasificaciones de corriente para operar las cargas instantáneamente. Ya hemos mencionado anteriormente varios tipos de MCB para diferentes aplicaciones.
Aplicaciones de un MCB (disyuntor en miniatura)
Como las principales funciones y aplicaciones ya se han descrito en las declaraciones anteriores, el propósito fundamental de un MCB es proteger un circuito (cableado utilizado en paneles eléctricos residenciales, comerciales e industriales, carga conectada, equipos, etc.) en el caso de:
- Cortocircuito
- sobrecorriente
- Sobrecarga
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