Disyuntor de CC
Estos interruptores mecánicos protegen contra cortocircuitos y sobreintensidades en circuitos alimentados con corriente continua. Están diseñados para interrumpir el flujo de corriente en sistemas eléctricos de corriente continua en caso de fallo.
Figura 1 Disyuntor de CC
Aplican mecanismos que pueden limitar la corriente y también extinguir los arcos causados por sobrecorriente. De este modo, se mejora considerablemente la temporización diferencial del circuito.
Interruptor automático para CC Básico
Símbolo del disyuntor de CC
Utilizamos estos símbolos principalmente en circuitos eléctricos.
Figura 2 Símbolo del disyuntor de CC
- Diagrama de cableado del disyuntor de CC
Sin embargo, para un diagrama de cableado, encontrará una imagen en 3D como ésta:
Figura 3 Cableado del disyuntor de CC
Función del disyuntor en sistemas de CC
De su nombre se desprende que utilizamos tales disyuntores eléctricos para proteger los sistemas que funcionan con corriente continua. Estos sistemas tienen una salida de tensión constante, a diferencia de los sistemas de corriente alterna.
Utilizan una combinación de principios magnéticos y térmicos para proteger los sistemas de CC. Si la corriente supera el valor nominal, el disyuntor se dispara mediante protección térmica.
Está diseñado para retener momentáneamente cualquier fallo de corriente que se produzca en el circuito. También sirve para apagar rápidamente cualquier arco provocado por un exceso de tensión.
Básicamente, la protección térmica del disyuntor es un sistema a prueba de fallos contra cualquier corriente de sobrecarga en el sistema. Cuando se trata de fuertes corrientes de fallo, el la protección magnética rápida dispara el disyuntor.
Tener una corriente constante fluyendo en los Circuitos de CC significa que los contactos deben estar completamente abiertos más allá de sus límites. Esto es para asegurar que el flujo del exceso de corriente se interrumpe completamente.
Esto significa que los disyuntores protegen el sistema de CC de cualquier fallo o cortocircuito. Estos cortocircuitos suelen ser mayores que la sobrecarga.
Tipos de disyuntores de CC
Interruptores automáticos de CC para supresión de arcos
Cuando se trata de extinguir la supresión de arcos, los arcos de corriente continua son los más difíciles. Suministramos corriente continua, lo que significa que es muy estable en un espacio muy amplio.
Para reducir el efecto de arco, tenemos que asegurarnos de que el mecanismo de conmutación separa los contactos muy rápidamente. Así se creará un entrehierro que, al abrirse, extinguirá el arco.
Los contactos del disyuntor deben tener un movimiento extremadamente rápido para evitar los mismos problemas a los que se enfrentan al abrirlos. El fabricante siempre indica las capacidades de CC del disyuntor.
Figura 4 Interruptor de supresión de arco
Cualquier cortocircuito en este disyuntor significa que la corriente de funcionamiento aumenta hasta convertirse en la corriente de cortocircuito. Todo esto depende de la inductancia y la resistencia de los bucles de cortocircuito.
Disyuntor de CC de alta velocidad
Estos disyuntores se aplican principalmente en subestaciones y unidades de tracción. Están diseñados para cortar la corriente justo antes de alcanzar el valor nominal máximo.
Cuando se produce un cortocircuito, el disyuntor se dispara por el aumento de los niveles de corriente por encima del valor nominal. Esto hace que la corriente se limite y finalmente se corte.
Figura 5 disyuntor de CC de alta velocidad
Interruptor automático de CC de estado sólido
Este disyuntor es un avanzado sustituto de los disyuntores electromecánicos. Sustituye las piezas móviles por semiconductores utilizados en el control de potencia con interrupción rápida de la corriente.
Gracias a su avanzada tecnología de software, pueden eliminar fallos en segundos tras interrupciones muy rápidas. Se utilizan sobre todo en redes eléctricas con sistemas de almacenamiento de energía para reducir el efecto del tiempo de inactividad por avería.
Figura 6 Disyuntor de CC de estado sólido
En ellos no se producen relámpagos de arco durante las interrupciones. Esto se debe a que no se libera energía.
Disyuntor de CC de alta tensión
El disyuntor HVDC sirve únicamente para la protección de la corriente de defecto en circuitos de CC de alta tensión. Cabe destacar que la corriente y la tensión en los circuitos de CC nunca son cero.
Esto significa que durante la separación de los contactos, la corriente y la tensión suelen ser muy altas entre ellos. Los contactos acabarán sobrecalentándose debido a la formación de arcos y destruyendo el disyuntor.
Para contrarrestarlo, introducimos un circuito de baja corriente en paralelo con este disyuntor. Para romper el circuito, creará una corriente cero artificial en el circuito.
Figura 7 Disyuntor de CC de alta tensión
Como sabemos que el nivel de corriente y tensión es directamente proporcional a la intensidad del arco, utilizamos un circuito externo. Éste interrumpirá el circuito justo después de reducir la corriente de defecto a cero.
Disyuntor magnético de CC
Es una forma de dispositivo de protección contra sobrecorriente. Está diseñado de tal forma que en su interior se utilizan imanes en miniatura para cerrar y abrir los contactos.
Se compone de una bobina de alambre cerrada que rodea un émbolo de hierro. El émbolo también tiene fijados los contactos.
Cuando se introduce corriente en las bobinas, los contactos son atraídos hacia ellas. Los contactos del solenoide se cierran y abren con este mecanismo.
Figura 8 disyuntor magnético de c.c.
Cuando se supera el valor de corriente nominal, la palanca de disparo se dispara por una atracción magnética muy fuerte. Esto abre el circuito y puede cerrarse rearmando la maneta de la palanca de disparo después de eliminar la sobrecarga.
Disyuntor térmico de CC
Utiliza un mecanismo de cierre que contiene una tira bimetálica conectada a él. La tira bimetálica reacciona al calor mediante la expansión de sus dos componentes metálicos diferentes a ritmos distintos.
El circuito se abre cuando la tira bimetálica se dobla alejándose del contacto. Su calentamiento directo procede de la corriente del circuito e indirecto por las elevadas temperaturas de las altas corrientes del circuito.
Para rearmar el disyuntor mediante su pulsador, hay que dejar que la tira bimetálica se enfríe. Esto ocurre a temperaturas ambiente normales.
Figura 9 Disyuntor térmico de CC
Interruptor magnetotérmico de CC
Este disyuntor aplica dos mecanismos. La protección contra sobrecargas se consigue mediante disparo térmico, mientras que el disparo magnético evita los cortocircuitos.
También podemos llamarlos interruptores de tiempo inverso. Como su nombre indica, una sobrecarga mayor acortará el tiempo de apertura del interruptor.
El exceso de corriente produce calor en caso de sobrecarga. El elemento bimetálico lo capta y el disyuntor se dispara cuando se supera su valor nominal.
En caso de cortocircuito, el sensor electromagnético detecta la corriente de defecto. A continuación, responde desconectando el circuito.
Interruptor automático híbrido de CC
Se trata de un disyuntor de CC que tiene tres ramas separadas que están configuradas en paralelo para llevar a cabo diferentes tareas del disyuntor. La primera rama tiene un interruptor mecánico utilizado en el transporte de corriente nominal.
También dispone de contactos metálicos que actúan como disyuntores mecánicos por pérdidas de conducción. La segunda rama realiza operaciones de conmutación eficientes utilizando semiconductores.
El único propósito de la tercera rama es inhibir las tensiones transitorias. Se compone de varistores de óxido metálico (MOV) y también absorben la energía magnética del sistema.
Figura 10 Interruptor automático híbrido de CC
Número de polos
Interruptor automático de CC de 2 polos
Contiene dos polos y protege los circuitos de cortocircuitos con capacidad para aislar cargas. Se utiliza habitualmente en el almacenamiento de energía y normalmente se coloca entre inversores y pilas.
Disyuntor de CC de 4 polos
Tienen un diseño único con un polo neutro, mientras que los demás polos proporcionan protección al circuito. Dispara y desconecta todos los polos en cuanto detecta una corriente inadecuada.
No es sensible a la polaridad con aplicaciones en distribuciones de cables trifásicos y tetrafásicos. Es importante en lugares que utilizan muchos equipos eléctricos, como hospitales, que requieren protección.
Mini interruptor automático DC/Interruptor automático en miniatura DC
El diseño del DC MCB es un disyuntor específico que utiliza corriente continua. Protege el equipo eléctrico de cortocircuitos y sobrecorrientes.
Cabe señalar que su funcionamiento y funciones son similares a los de un MCB de CA. Sin embargo, los ámbitos de aplicación difieren.
Los interruptores magnetotérmicos de CC se utilizan principalmente en sistemas que funcionan con corriente continua, como la energía solar fotovoltaica (FV). El disyuntor funciona en un rango de tensión de entre 12 y 500 V.
El interruptor tiene marcados los símbolos positivo y negativo. Además, también tienen indicado el sentido de la corriente.
Disyuntores de caja moldeada de CC
Utilizamos sobre todo el DC MCCB en aplicaciones que requieren almacenamiento de energía. También son la mejor opción para su uso en circuitos industriales de corriente continua.
Interruptor automático de corriente continua
Al igual que los demás disyuntores, ofrece protección contra sobreintensidades y cortocircuitos en dispositivos eléctricos. El mecanismo de protección consiste principalmente en utilizar un chorro de aire para limitar los efectos del arco eléctrico.
Su principio de funcionamiento no es el mismo que el de los disyuntores normales. Extraño pero echa un vistazo a esto, genera una tensión de arco al interrumpir un arco en lugar de dar una tensión de alimentación.
La tensión de arco es la tensión mínima necesaria para mantener un arco. Una de las formas de aumentar la tensión es dividiendo el arco en varias series.
También puede alargar la trayectoria del arco, aumentando así su resistencia. Esto requerirá una tensión de arco adicional a través de la trayectoria y, por tanto, un aumento de la tensión.
El disyuntor tiene dos pares de contactos, el principal de los cuales es de cobre y transporta la corriente. El otro contacto es de carbono.
El contacto principal es el primero en abrirse inmediatamente, mientras que el contacto de arco permanece intacto. El arco comienza instantáneamente al separarse los contactos.
Partes del disyuntor para corriente continua
Los componentes de los distintos tipos de disyuntores son básicamente los mismos.
Veámoslos en detalle:
Marco - suele ser muy fuerte y rígida. Su principal función es proteger los componentes internos contra las inclemencias del tiempo. También proporciona aislamiento.
Palanca/Mando - normalmente utilizado para cerrar o abrir el interruptor de CC. Para los interruptores más grandes, los operadores pueden utilizar un proceso de 2 pasos para la protección.
Contactos - son responsables del flujo de corriente una vez conectados. En los disyuntores para baja tensión, los contactos se encuentran en la cámara que alberga la interrupción del arco.
Extintor de arco - cuando el disyuntor se dispara debido a un fallo, extingue el arco generado. Como no podemos evitar que se produzcan arcos, lo mejor que puede hacer el disyuntor es controlarlos.
Unidad de viaje - Cuando el cortocircuito o la sobrecarga son prolongados, la unidad de disparo abre el mecanismo de funcionamiento. Pueden ser electrónicos o funcionar electromecánicamente.
Figura 11 Piezas de disyuntores de CC
Principio de funcionamiento del disyuntor de CC
La función principal del disyuntor de CC es proteger el circuito de corrientes de defecto o sobrecorrientes. Para ello, utiliza mecanismos de protección térmica o magnética.
Cuando se produce una sobrecorriente, el disyuntor de CC se dispara por protección térmica. Esto significa que la corriente eléctrica ha superado el valor nominal del disyuntor.
Tiene tiras bimetálicas hechas de dos metales diferentes que se expanden cuando se calientan. La diferencia en su expansión hace que la tira bimetálica se doble y rompa el contacto con el contactor.
El mecanismo de protección térmica sólo funciona para corrientes de sobrecarga. Esto implica que superó la corriente de funcionamiento convencional.
La protección magnética se utiliza cuando hay una fuerte corriente de defecto en el circuito. Disparará el disyuntor de CC y la acción es rápida e instantánea.
El disyuntor puede volver a conectarse mediante la manivela o la palanca. Esto debe hacerse después de rectificar la sobrecarga o el cortocircuito.
Capacidad del disyuntor de CC
Para elegir un circuito de CC adecuado, hay que tener en cuenta la tensión nominal total del sistema eléctrico. Puedes calcularla tomando el valor más alto aplicable de todos los puertos.
Al calcular la tensión, también hay que tener en cuenta cómo se integrarán el disyuntor y la distribución de la tensión. La tensión nominal del disyuntor debe ser suficiente para satisfacer todas las demandas de la aplicación final.
El amperaje del disyuntor también es muy importante en su clasificación. En función de los requisitos de carga, el disyuntor debe funcionar a 100%.
Sin embargo, puede conseguir un funcionamiento máximo eligiendo un disyuntor con una corriente 120% de la carga. Esto ayudará a amortiguar el calor emitido por el sistema de alimentación.
Dimensionamiento de disyuntores de CC
Dimensionar un disyuntor de CC puede resultar una tarea desalentadora. Sin embargo, nunca es una tarea imposible.
Somos plenamente conscientes de que el tamaño del disyuntor tiene que ser lo suficientemente grande para acomodar la corriente de carga requerida. Si el tamaño del disyuntor es insuficiente, se corre el riesgo de provocar un incendio eléctrico.
No se preocupe. Unas pocas reglas y podrás dimensionar cómodamente tu disyuntor de CC.
Lo son:
80% Interruptor Rule
La norma dice básicamente que sólo se puede tener 80% de la ampacidad nominal de la corriente. Tomemos el ejemplo de un disyuntor de 40 A.
La corriente máxima más segura que se puede permitir es de 32 A. Esta medida de seguridad evita que el disyuntor se queme.
Cálculo de amperios a partir de vatios
Todos los aparatos electrónicos que vayas a utilizar tienen indicada una potencia nominal en vatios. Tomemos el ejemplo de una tostadora de 2000 W.
Dado que el tamaño del disyuntor depende de los amperios, tendrá que convertir la potencia en amperios. Suponiendo que el suministro sea de 240 V, la corriente será de 2000 W/240 V, lo que da 8,33 A.
Si puede seguir estas dos reglas, calcular el tamaño del martillo será un juego de niños. Ahora vamos a calcular el tamaño del disyuntor con un ejemplo.
Tomemos la tostadora de 2000W que consume 8,33A. Tomando la regla del interruptor 80%, obtenemos 8,33A.
Para calcular el tamaño del disyuntor, tomamos un factor de 1,25 y lo multiplicamos por los amperios consumidos. Así, el tamaño mínimo del disyuntor es de 8,33 A × 1,25 = 10,42 amperios.
Dado que la ampacidad del disyuntor debe ser como mínimo de 10,42, también podemos utilizar un disyuntor de 15 amperios. En resumen, necesitaremos un disyuntor de 15 A para la tostadora de 2000 W alimentada a 240 V.
Así podemos llegar manualmente al tamaño del martillo. Sin embargo, existen calculadoras dinámicas modernas que son mucho más rápidas y sencillas.
Si el consumo de amperios es mayor, puede colocar un par de disyuntores de 30 ó 50 A en paralelo. Esto aumentará la ampacidad total del disyuntor.
Disparo magnetotérmico en disyuntores de CC
En caso de que se supere el valor de corriente nominal en un circuito eléctrico, el disyuntor se dispara mediante protección térmica. El disyuntor térmico dispone de bandas bimetálicas que tienen dos metales que se dilatan de forma diferente.
El calor del exceso de corriente hace que la tira bimetálica se doble y rompa el contacto con el contactor. Esto rompe el circuito cortando el flujo de corriente.
El disparo es rápido porque el calor generado por la corriente es demasiado para la banda bimetálica. Este es el mecanismo de protección de los disyuntores contra las corrientes de sobrecarga que superan la corriente de funcionamiento.
Disyuntor MCB de CC frente a disyuntor de caja moldeada (MCCB)
Las abreviaturas pueden tener un parecido asombroso, pero que eso no le engañe. Veamos algunas de sus diferencias para comprender mejor sus aplicaciones.
Para empezar, su capacidad es lo que más los diferencia. La corriente nominal de los interruptores magnetotérmicos es inferior a 100 A y su capacidad de interrupción no supera los 1.800 A.
Además, la mayoría de las veces los aplicamos en circuitos bajos. Esto nos impide ajustar sus características de disparo.
Por otro lado, podemos ajustar fácilmente las características de disparo de los MMCB. Debido a que los utilizamos principalmente en aplicaciones de alto circuito, dan un rango de amperios de alrededor de 10-2500A dependiendo de la aplicación.
Su rango de corriente de interrupción es bastante impresionante, entre 10000-200000A. Responden fácilmente a los comandos remotos para el funcionamiento del motor.
Interruptor automático de CC frente a CA
Tanto la corriente continua como la alterna tienen los mismos principios de funcionamiento, con la diferencia de la corriente eléctrica. Ambos utilizan técnicas de protección magnética y térmica, pero en corriente continua y alterna.
También cabe destacar el punto de extinción del arco en ambos, que es menor en los interruptores de CA. Esto se debe a que la tensión continua en CC garantiza un arco constante difícil de interrumpir.
¿Consecuencia? Disponemos de medidas adicionales de extinción del arco en los disyuntores de CC. El arco se prolonga y se disipa para que la interrupción sea mucho más sencilla.
Por el contrario, los disyuntores de CA lo tienen muy fácil con la interrupción del arco. La vibración de amplitud asegura que cada ciclo llegue a cero, donde la interrupción se produce fácilmente.
Aplicaciones del disyuntor en sistemas de CC
- Interruptor automático para transmisión de corriente continua
Los disyuntores de CC de alta tensión ofrecen protección cuando la transmisión de energía se realiza a largas distancias. Los terminales necesarios al convertir CA/CC o CC/CA cuestan mucho y tienen que estar protegidos. Las corrientes de fallo pueden causar daños a cualquier equipo conectado, por lo que es necesario un disyuntor.
- Disyuntor de motor de CC
Los disyuntores protegen motores eléctricos de CC que tienen diversas aplicaciones. La mayoría de ellos están automatizados con tiempos de respuesta rápidos con circuitos de control que utilizan CC. Todos ellos requieren un disyuntor de CC para su protección.
- Disyuntor solar CC
Los paneles solares suelen montarse en circuitos en serie que pueden ser varios. Todos los circuitos deben tener un disyuntor de CC de protección, ya que son muy importantes en todo el circuito.
Cómo elegir un disyuntor para CC
En el mercado encontrará varios disyuntores de CC. Con estas opciones, le resultará más fácil elegir.
Sin embargo, hágase algunas de estas preguntas antes de decidirse por el más adecuado:
- ¿Cuál es la intensidad de corriente del dispositivo previsto?
- ¿Cuántos polos necesita para su disyuntor?
- ¿Cuál es el voltaje que necesita tu aparato?
- ¿Cuál es la corriente total de tus circuitos?
- ¿Cuáles son sus condiciones de funcionamiento atípicas?
Preguntas frecuentes
- ¿Se pueden utilizar disyuntores de CA en sistemas de CC?
Si consideramos los sistemas de CA y CC, podemos concluir que el efecto de calentamiento para ambos es el mismo. Sin embargo, para los mismos valores eficaces, siguen conteniendo parámetros variados.
Tomemos como ejemplo una corriente y una tensión de CA. Su efecto en un circuito es diferente del de una alimentación de CC con la misma tensión.
Por lo tanto, no resulta práctico utilizar un disyuntor de CA en estos circuitos. El mismo principio se aplica al uso de disyuntores de CC en circuitos de CA.
Analicemos ahora los hechos en juego.
Además, considerando el mismo suministro de tensión, normalmente los sistemas de CA requerirán un mejor aislamiento en comparación con los de CC.
Básicamente implica que habrá diferentes reacciones al evaluar los materiales aislantes, especialmente al exponerlos a la tensión nominal y a la tensión opuesta.
Los interruptores de CC tienen un valor constante de corriente sin frecuencia.
Posteriormente, la dirección no se ve afectada por la corriente o la tensión. ¿Consecuencia? Los contactos del disyuntor se fundirán más rápidamente cuando se utilice un disyuntor de CC en un circuito de CA.
- Arco eléctrico en interruptores de CC frente a interruptores de CA
Cuando aplicamos un disyuntor de CC para romper un circuito, los contactos experimentan un flujo constante de electrones. Esto se ve reforzado por un empuje hacia adelante de la tensión aplicada.
El efecto es la generación de arco. El impulso de los electrones hace que este arco sea más fuerte en comparación con los interruptores de CA.
Además, el suministro de electrones en los interruptores de CA tiene un flujo fácil. Usted debe tener en cuenta que el estado inestable de la corriente y la tensión aplicada.
Esto significa que tienen una fluctuación de amplitud de pico a pico. Los picos van de positivo a cero, luego a negativo y de nuevo a cero.
El resultado es la generación de impulso causado por la distorsión de la vibración. Esto hace que el Arco generado en CA sea más débil que el creado en los Interruptores de CC.
- ¿Disyuntores de CC direccionales?
Normalmente, en los circuitos de CC la corriente fluye en una sola dirección. Esto significa que el disyuntor de CC también tiene que ser unidireccional.
Esto garantiza que el disyuntor sólo permita el flujo de carga en la dirección especificada. Si invertimos la polaridad, lo más probable es que dañemos los dispositivos eléctricos con graves problemas de seguridad.
Los disyuntores de CC están diseñados de tal forma que la corriente puede interrumpirse por tensión de arco. Esto ocurre cuando las corrientes son bajas.
