Selección del interruptor automático: tipos y características de los disyuntores eléctricos
Seguramente muchos de nosotros nos hemos preguntado por qué los interruptores automáticos han reemplazado tan rápidamente a los fusibles obsoletos en los esquemas eléctricos. Su implementación activa se justifica por una serie de argumentos muy convincentes, entre los que se incluye la posibilidad de adquirir este tipo de protección que se adapta perfectamente a los datos de tiempo-corriente de tipos específicos de equipos eléctricos.
¿Duda sobre qué interruptor necesita y no sabe cómo elegirlo correctamente? Le ayudaremos a encontrar la solución adecuada – en el artículo se analiza la clasificación de estos dispositivos. También se presentan características importantes a las que debe prestar especial atención al seleccionar un interruptor automático.
Para que le sea más fácil entender los interruptores, el material del artículo se complementa con fotos ilustrativas y útiles recomendaciones en video de expertos.
Contenido del artículo:
Clasificación de los interruptores automáticos
El interruptor desconecta casi instantáneamente la línea que tiene a su cargo, lo que evita daños en el cableado y en los equipos alimentados por la red. Una vez realizada la desconexión, se puede volver a activar la rama inmediatamente sin necesidad de reemplazar el dispositivo de protección.
Normalmente, los interruptores automáticos se seleccionan según cuatro parámetros clave: la capacidad de corte nominal, el número de polos, la característica tiempo-corriente y la corriente nominal de trabajo.
Según la capacidad de corte nominal
Esta característica indica la corriente de cortocircuito (CC) admisible a la que el interruptor se disparará y, al abrir el circuito, desenergizará el cableado y los dispositivos conectados a él.
Según este parámetro, se dividen tres tipos de interruptores: 4.5 kA, 6 kA, 10 kA.
- Interruptores de 4.5 kA (4500 A) se usan generalmente para evitar daños en las líneas de alimentación de viviendas particulares. La resistencia del cableado desde la subestación hasta el punto de cortocircuito es de aproximadamente 0.05 Ω, lo que da una corriente límite de unos 500 A.
- Dispositivos de 6 kA (6000 A) se utilizan para la protección contra cortocircuitos en el sector residencial y lugares públicos, donde la resistencia de las líneas puede alcanzar 0.04 Ω, lo que aumenta la probabilidad de obtener un cortocircuito de hasta 5.5 kA.
- Interruptores de 10 kA (10000 A) se utilizan para proteger instalaciones eléctricas industriales. Una corriente de hasta 10000 A puede presentarse en un cortocircuito eléctrico cercano a una subestación.
Antes de elegir la modificación óptima del interruptor, es importante entender si son posibles corrientes de cortocircuito superiores a 4.5 kA o 6 kA.
La desconexión del interruptor ocurre durante un cortocircuito de valores determinados. Con mayor frecuencia, para uso doméstico se emplean interruptores de la modificación de 6000 A.
Los modelos de 4500 A prácticamente no se utilizan para proteger las redes eléctricas modernas, y en algunos países está prohibido su uso.
Si le interesa cómo convertir correctamente amperios a vatios, le recomendamos consultar el material presentado en el siguiente artículo.
La función del interruptor automático es proteger el cableado (no los equipos ni los usuarios) contra cortocircuitos y contra el derretimiento del aislamiento cuando circulan corrientes superiores a los valores nominales.
Según el número de polos
Esta característica indica la máxima cantidad de conductores que se pueden conectar al interruptor automático para proteger la red.
Su desconexión ocurre al presentarse una situación de emergencia (cuando se superan los valores permitidos de corriente o se excede el nivel de la curva tiempo-corriente).
Esta característica indica la máxima cantidad de conductores que se pueden conectar al interruptor automático para proteger la red. Su desconexión ocurre al presentarse una situación de emergencia (cuando se superan los valores permitidos de corriente o se excede el nivel de la curva tiempo-corriente).
Interruptores automáticos unipolares
El interruptor unipolar es la modificación más simple del disyuntor. Está diseñado para proteger circuitos individuales, así como el cableado eléctrico monofásico, bifásico y trifásico. A la estructura del interruptor se pueden conectar 2 cables: el cable de alimentación y el de salida.
Las funciones de un dispositivo de esta clase incluyen solo la protección del cable contra incendios. El propio neutro del cableado se coloca en el bus de neutro, evitando así el disyuntor, y el cable de tierra se conecta al bus de tierra por separado.
El disyuntor unipolar no cumple la función de disyuntor principal, ya que cuando se desconecta forzosamente se interrumpe la línea de fase, pero el neutro permanece conectado a la fuente de voltaje, lo que no proporciona una garantía de protección del 100%.
Disyuntores bipolares
Cuando sea necesario desconectar completamente la red de cableado eléctrico de la tensión, se utiliza un disyuntor bipolar.
Se utiliza como disyuntor principal, cuando durante un cortocircuito o fallo de la red, todo el cableado eléctrico se desenergiza simultáneamente. Esto permite realizar trabajos de reparación y modernización de los circuitos de manera oportuna y completamente segura.
Los disyuntores bipolares se utilizan en los casos en que se necesita un interruptor separado para un aparato eléctrico monofásico, por ejemplo, un calentador de agua, un hervidor, una máquina.
El disyuntor se conecta al dispositivo protegido utilizando 4 cables, dos de los cuales son cables de alimentación (uno se conecta directamente a la red y el otro suministra alimentación mediante un puente) y dos son cables de salida que requieren protección, y pueden ser de 1, 2 o 3 hilos.
Disyuntores tripolares
Para proteger una red trifásica de 3 o 4 hilos, se utilizan disyuntores tripolares. Son adecuados para la conexión en configuración de estrella (el cable neutro se deja sin protección y los cables de fase se conectan a los polos) o en triángulo (sin cable central).
En caso de fallo en una de las líneas, las otras dos se desconectan automáticamente.
El interruptor tripolar sirve como entrada y general para cualquier tipo de carga trifásica. A menudo, esta modificación se utiliza en la industria para suministrar corriente a motores eléctricos.
Al modelo se conectan hasta 6 cables, 3 de ellos son los cables de fase de la red eléctrica trifásica. Los 3 restantes son los protegidos. Representan tres cableados monofásicos o un cableado trifásico.
Interruptores automáticos tetrapolares
Para la protección de una red eléctrica trifásica o tetrafásica, por ejemplo, de un motor potente conectado según el principio de “estrella con punto neutro extraído”, se utiliza un interruptor automático tetrapolar. Se emplea como interruptor de entrada en una red trifásica de cuatro hilos.
Al cuerpo del interruptor se pueden conectar ocho cables: tres son cables de fase de la red eléctrica (+ uno neutro) y cuatro son cables de salida (3 de fase + 1 neutro).
Los consumidores monofásicos se alimentan con una tensión de 220 V, que se puede obtener tomando una de las fases y el conductor neutro (neutro) de la red eléctrica. Es decir, en este caso, además de las tres fases de la red eléctrica, hay un conductor adicional: el neutro, por lo que para la protección y conmutación de dicha red eléctrica se instalan interruptores automáticos tetrapolares, que interrumpen los cuatro conductores.
Según la característica tiempo-corriente
Los interruptores automáticos pueden tener el mismo valor de potencia nominal de carga, pero las características de consumo de energía de los aparatos pueden ser diferentes.
La potencia consumida puede llegar de manera irregular, variar según el tipo y la carga, así como al encender, apagar o durante el funcionamiento continuo de uno u otro dispositivo.
Las fluctuaciones de la potencia consumida pueden ser bastante significativas, y su rango de variación, amplio. Esto lleva a la desconexión del interruptor debido a la sobrecorriente nominal, lo que se considera una desconexión falsa de la red.
Para eliminar la probabilidad de un disparo innecesario del fusible durante cambios estándar no accidentales (aumento de la intensidad de corriente, cambio de potencia), se utilizan interruptores automáticos con determinadas características tiempo-corriente (CTC).
Esto permite operar los interruptores con los mismos parámetros de corriente con cargas admisibles arbitrarias sin disparos falsos.
Las CTC muestran en qué tiempo se disparará el interruptor y cuáles serán los indicadores de la relación entre la intensidad de corriente y la corriente continua del interruptor automático en ese momento.
Características de los interruptores automáticos con característica B
El disyuntor con la característica indicada se desconecta en un tiempo de 5 a 20 segundos. El valor de la corriente es de 3 a 5 veces la corriente nominal del disyuntor. Estas modificaciones se utilizan para proteger circuitos que alimentan electrodomésticos estándar.
Más a menudo, el modelo se utiliza para proteger el cableado de apartamentos y casas particulares.
Característica C – principios de funcionamiento
El disyuntor con la designación C se desconecta en un tiempo de 1 a 10 segundos con 5 a 10 veces la corriente nominal.
Los interruptores de este grupo se utilizan en todos los ámbitos: doméstico, construcción, industrial, pero son más demandados en el área de protección eléctrica de apartamentos, casas y viviendas.
Operación de interruptores con característica D
Los disyuntores de clase D se utilizan en la industria y se presentan en modificaciones tripolares y tetrapolares. Se utilizan para proteger motores eléctricos potentes y diversos dispositivos trifásicos.
El tiempo de actuación del disyuntor es de 1 a 10 segundos con una corriente de 10 a 14 veces la nominal, lo que permite su uso eficaz para proteger diversos cableados.
Los motores industriales potentes funcionan exclusivamente con disyuntores de característica D.
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Según la corriente nominal de trabajo
Existen 12 modificaciones de interruptores automáticos, que se diferencian por el valor de la corriente nominal de trabajo – 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A. El parámetro determina la velocidad de disparo del interruptor cuando la corriente real supera el valor nominal.
La selección del interruptor según la característica indicada se realiza teniendo en cuenta la potencia del cableado eléctrico, la corriente admisible que puede soportar el cableado en condiciones normales. Si se desconoce el valor de la corriente, se determina mediante fórmulas, utilizando los datos de la sección transversal del cable, su material y el método de instalación.
Los disyuntores de 1A, 2A, 3A se utilizan para proteger circuitos de baja corriente. Son adecuados para alimentar un pequeño número de aparatos, por ejemplo, una lámpara o lámpara de araña, un refrigerador de baja potencia y otros dispositivos cuya potencia total no supere la capacidad del disyuntor.
El interruptor de 3A se utiliza eficazmente en la industria si se realiza su conexión trifásica en configuración delta (triángulo).
Los interruptores de 6A, 10A, 16A se pueden utilizar para suministrar electricidad a circuitos eléctricos individuales, habitaciones pequeñas o apartamentos.
Estos modelos se utilizan en la industria; con ellos se alimentan motores eléctricos, solenoides, calentadores, máquinas de soldar conectados por una línea separada.
Los interruptores automáticos de tres y cuatro polos de 16A se utilizan como interruptores de entrada en un esquema de alimentación trifásico. En la producción, se prefieren los dispositivos con curva D.
Los interruptores automáticos de 20A, 25A, 32A se utilizan para proteger el cableado de apartamentos modernos; pueden suministrar electricidad a lavadoras, calentadores, secadoras eléctricas y otros electrodomésticos de alta potencia. El modelo de 25A se utiliza como interruptor de entrada.
Los interruptores de 40A, 50A, 63A pertenecen a la clase de dispositivos de alta potencia. Se utilizan para suministrar electricidad a equipos de potencia de gran tamaño en el hogar, la industria y la construcción civil.
Selección y cálculo de interruptores automáticos
Conociendo las características del interruptor automático (IA), se puede determinar qué interruptor automático es adecuado para cada propósito. Pero antes de elegir el modelo óptimo, es necesario realizar algunos cálculos que permitan determinar con precisión los parámetros del dispositivo necesario.
Paso #1 – determinación de la potencia del interruptor
Al seleccionar el interruptor automático, es importante considerar la potencia total de los dispositivos conectados.
Por ejemplo, se necesita un interruptor automático para conectar los electrodomésticos de la cocina a la alimentación eléctrica. Supongamos que se van a conectar a la toma de corriente: una cafetera (1000 W), una nevera (500 W), un horno (2000 W), un microondas (2000 W), un hervidor eléctrico (1000 W). La potencia total será 1000+500+2000+2000+1000=6500 (W) o 6,5 kW.
Si observamos la tabla de interruptores automáticos según la potencia de conexión, teniendo en cuenta que el voltaje estándar del cableado doméstico es de 220 V, entonces para su uso será adecuado un interruptor automático unipolar o bipolar de 32A con una potencia total de 7 kW.
Se debe tener en cuenta que puede ser necesaria una mayor potencia de consumo, ya que durante el funcionamiento puede ser necesario conectar otros aparatos eléctricos que no se consideraron inicialmente. Para prever esta situación, en los cálculos del consumo total se utiliza un factor de aumento.
Supongamos que, debido a la adición de equipo eléctrico adicional, se requiere un aumento de potencia de 1,5 kW. Entonces, se debe tomar el coeficiente 1.5 y multiplicarlo por la potencia calculada obtenida.
En los cálculos, a veces es conveniente utilizar un factor de reducción. Se aplica cuando el uso simultáneo de varios dispositivos es imposible.
Supongamos que la potencia total del cableado de la cocina fue de 3.1 kW. Entonces el coeficiente de reducción es 1, ya que se considera el número mínimo de electrodomésticos conectados simultáneamente.
Si no es posible conectar uno de los dispositivos con los demás, entonces el coeficiente de reducción se toma menor que uno.
Paso #2 – cálculo de la potencia nominal del interruptor
La potencia nominal es aquella potencia a la que no se produce la desconexión del cableado.
Se calcula mediante la fórmula:
M = N * CT * cos(φ),
Donde
- M – potencia (Vatio);
- N – tensión de la red eléctrica (Voltios);
- I – intensidad de corriente capaz de pasar a través del disyuntor (Amperio);
- cos(φ) – valor del coseno del ángulo, que toma el valor del ángulo de desfase entre las fases y el voltaje.
El valor del coseno normalmente es igual a 1, ya que prácticamente no hay desfase entre las fases de la corriente y el voltaje.
De la fórmula expresamos ST:
CT = M/N,
La potencia ya está determinada, y el voltaje de la red es normalmente 220 Voltios.
Si la potencia total es igual a 3.1 kW, entonces:
CT = 3100/220 = 14.
La corriente resultante será de 14 A.
Para el cálculo con carga trifásica se utiliza la misma fórmula, pero se tienen en cuenta los desfases angulares, que pueden alcanzar valores grandes. Normalmente están indicados en el equipo conectado.
Paso #3 – cálculo de la corriente nominal
Se puede calcular la corriente nominal según la documentación del cableado eléctrico, pero si no está disponible, se determina en función de las características del conductor.
Para los cálculos, se requieren los siguientes datos:
- la sección del conductor;
- material utilizado para los núcleos (cobre o aluminio);
- método de tendido.
En condiciones domésticas, el cableado suele estar en la pared.
Tras realizar las mediciones necesarias, se calcula el área de la sección:
S = 0,785 * D * D,
Donde
- D – es el diámetro del conductor (mm);
- S – área de la sección transversal del conductor (mm2).
A continuación, utilice la siguiente tabla.
Considerando los datos obtenidos, seleccionamos la corriente de trabajo del interruptor automático, así como su valor nominal. Este debe ser igual o menor que la corriente de trabajo. En algunos casos, se permite el uso de interruptores automáticos con un valor nominal que exceda la corriente activa del cableado.
Paso #4 – determinación de la característica tiempo-corriente
Para determinar correctamente la característica tiempo-corriente (CTC), es necesario considerar las corrientes de arranque de las cargas conectadas.
Los datos necesarios se pueden obtener utilizando la siguiente tabla.
Con los datos de la tabla se puede determinar la corriente (en Amperios) al encender el dispositivo, así como el período después del cual la corriente límite volverá a aparecer.
Por ejemplo, si se toma una picadora de carne eléctrica, cuya potencia es de 1,5 kW, se calcula su corriente de trabajo a partir de las tablas (esto será 6,81 A) y, teniendo en cuenta la relación de la corriente de arranque (hasta 7 veces), se obtiene el valor de la corriente 6,81*7=48 (A).
Una corriente de esta magnitud fluye con una periodicidad de 1-3 segundos. Considerando las gráficas de la característica tiempo-corriente (CTC) para la clase B, se puede observar que, en caso de sobrecarga, el interruptor automático se disparará en los primeros segundos después del arranque de la picadora de carne.
Es evidente que la relación de este dispositivo corresponde a la clase C, por lo tanto, se debe utilizar un interruptor automático con característica C para garantizar el funcionamiento de la picadora de carne eléctrica.
Para uso doméstico generalmente se utilizan interruptores que corresponden a las características B y C. En la industria, para equipos con grandes corrientes multiplicadoras (motores, fuentes de alimentación, etc.), se genera una corriente de hasta 10 veces la nominal, por lo que es recomendable utilizar la modificación D del dispositivo.
Sin embargo, se debe tener en cuenta la potencia de dichos dispositivos, así como la duración de la corriente de arranque.
Los interruptores automáticos independientes se diferencian de los comunes en que se instalan en cuadros de distribución separados.
Las funciones del dispositivo incluyen la protección del circuito contra picos de voltaje imprevistos y la desconexión de la energía eléctrica en toda la red o en una sección determinada.
Conclusiones y video útil sobre el tema
La selección del interruptor automático (IA) según la característica de corriente y un ejemplo de cálculo de la corriente se tratan en el siguiente video:
El cálculo de la corriente nominal del interruptor automático (IA) se demuestra en el siguiente video:
Los interruptores automáticos se instalan en la entrada de la casa o apartamento. Se colocan en cajas de plástico resistentes. La presencia de interruptores automáticos en el esquema de la red eléctrica doméstica – garantía de seguridad. Los dispositivos permiten desconectar la línea eléctrica a tiempo si los parámetros de la red superan el umbral establecido.
Teniendo en cuenta las características principales de los interruptores automáticos, así como realizando los cálculos correctos, se puede hacer una elección adecuada de este dispositivo y su instalación.
Si usted posee conocimientos o experiencia en la realización de trabajos de instalación eléctrica, por favor, compártalos con nuestros lectores. Deje sus comentarios sobre la selección del interruptor automático y los detalles de su instalación en los comentarios a continuación.
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Surgió la siguiente pregunta – ¿se puede usar un interruptor unipolar como interruptor principal? He oído que esta opción no es del todo aplicable, ya que no puede proporcionar una protección confiable debido a que durante la desconexión solo se interrumpe la línea de fase, mientras que el “neutro” permanece bajo tensión. Pero no he encontrado opiniones categóricamente opuestas. ¡Gracias!
¿Y qué, no se puede leer?
Buenos días, Vadim.
Para garantizar un reemplazo seguro del contador, el PUE exige la desconexión de todos los cables que llegan al dispositivo de medición (adjunté una captura de pantalla del punto). También existen esquemas típicos de cuadros de entrada con contadores; para no describirlos, adjunté una captura de pantalla. Por cierto, en los esquemas sin contador se utiliza un solo interruptor automático de entrada.
En cuanto al neutro que permanece bajo tensión, entre los legos existe la opinión de que el potencial del «conductor neutro» es igual a «cero». En realidad, la tensión de este conductor puede alcanzar decenas de voltios debido a desequilibrios de fase (se han encontrado casos en que la tensión del «neutro» alcanzó los 90 V). Cuando un conductor de fase caído cae sobre el neutro, el potencial de la fase se transfiere al «neutro» (hasta que la protección actúe).
Buen artículo – está todo escrito en detalle sobre la selección de interruptores. Lo guardé en marcadores. Pero esto es en teoría. En la práctica, elijo el interruptor según la potencia necesaria (calculo aproximadamente la corriente – y eso es todo). Normalmente uso interruptores de la marca IEK o (los que se muestran en la foto del artículo) ABB – los mejores en mi opinión. Y otra observación: es necesario respetar la selectividad – cada interruptor inferior en el esquema debe tener un valor de corriente inferior al anterior – de lo contrario no actuará. Y esto es muy importante para la seguridad.
Buenos días, Alejandro.
La teoría y la práctica se «fusionan» al desarrollar esquemas de suministro eléctrico de talleres, empresas: los apartamentos, las cabañas son resueltos por los diseñadores como si fueran semillas. Es imposible elegir una opción económicamente viable para suministrar electricidad a varios cientos de máquinas, conectadas por cadenas tecnológicas, nomenclatura de piezas, programa de producción, siguiendo su consejo.
En cuanto a la selectividad, la cuestión también es bastante compleja. Por ejemplo, un taller se suministra electricidad a través de 10 líneas de cable de 0,4 kV. Y qué interruptores, pregunto, pondrá usted en la subestación TP-10/0,4 kV, implementando su teoría de la selectividad?
Para comprender la complejidad de la tarea, adjunté una captura de pantalla de varios puntos del PUE dedicados a la selectividad. Hay otros también.
Si hablamos de la selección del valor nominal del interruptor según la carga total de los consumidores, hay que indicar que el cable para la carga total obtenida debe ser el adecuado. El valor nominal del interruptor se elige exclusivamente según la sección del cable, ya que el interruptor no sirve para nada más que para proteger el propio cable del sobrecalentamiento. Así, si el cable que va a los enchufes de la cocina es 3x2.5, aunque usted conecte todos los aparatos de la casa allí, el interruptor debe ser de no más de 16 A. De lo contrario, sobrecalentamiento del cable, fusión del aislamiento, incendio.
Buenos días, Artem. Los principios de selección del interruptor automático han sido expuestos profesionalmente por usted, pero el valor nominal de 16 amperios del interruptor no está vinculado al material de los conductores. Si son de aluminio, entonces está bien. Eso sí, influyen las condiciones de instalación. Si los conductores son de cobre, entonces aparece una corriente admisible de 21 amperios al instalarlos en un solo tubo – elegí la columna de la tabla que usted utilizó. Adjunto la captura de pantalla de las filas correspondientes de las tablas del PUE.
No estoy de acuerdo con el último comentario. En primer lugar, la corriente máxima que provoca la destrucción del cable varía mucho. Para un cable de cobre fabricado según las normas GOST, puede alcanzar los 30 amperios. En segundo lugar, el costo del equipo conectado puede superar muchas veces el costo del trozo de cable. Y la tarea no es proteger la alimentación de cobre o aluminio, sino proteger los aparatos, cuya avería puede tener consecuencias catastróficas.
Buenos días, tío Vasya 🙂 Los principios de selección del interruptor automático que Artem expuso son correctos: se protege la rama de la red conectada al interruptor (adjunto la captura de pantalla del punto del PUE –). En cuanto a considerar el material de los conductores, tiene razón. La protección de equipos costosos es otra historia. Aquí hay que tener en cuenta la presencia de protecciones incorporadas.
Buenos días, ¿entiendo correctamente que según su tabla, para el cable VVG 3x2.5 sería adecuado un interruptor automático de 25A, y para el 3x1.5 un nominal de 16A? Lo pregunto porque hay discusiones serias en internet sobre este asunto… intenté entender el PUE, pero no lo conseguí del todo.
Muchos aconsejan instalar un interruptor automático de 16A para el cable 3x2.5, y aumentan el número de grupos, aumentando así los costos de cableado. ¿Cuál es la argumentación óptima en este caso, a qué se puede hacer referencia para confirmar su tabla?
¿Entiendo correctamente que el valor nominal del interruptor automático debe ser mayor que la corriente admisible continua en la tabla 1.3.4., y si es así, por qué? Le agradezco de antemano su respuesta.
“El interruptor automático unipolar no cumple las funciones de entrada, ya que cuando se desconecta forzosamente se produce una ruptura en la línea de fase, y el neutro está conectado a la fuente de tensión, lo que no proporciona una garantía de protección del 100%.” – Autor, ¿desde dónde y con qué fuente de tensión está conectado el neutro!?