Valores nominales de los interruptores automáticos por corriente: cómo elegir correctamente el automático

Los dispositivos para cortar la electricidad en caso de sobrecargas y cortocircuitos se instalan en la entrada de cualquier red doméstica. Es necesario calcular correctamente los valores nominales de corriente de los interruptores automáticos, de lo contrario su funcionamiento será ineficaz. ¿Está de acuerdo?

Le explicaremos cómo se realiza el cálculo de los parámetros del interruptor automático, según los cuales se selecciona este dispositivo de protección. En el artículo que le ofrecemos, aprenderá a elegir el aparato necesario para proteger la red eléctrica. Siguiendo nuestros consejos, adquirirá una opción que se activa con precisión en el momento peligroso para el cableado.

Parámetros de los interruptores automáticos

Para asegurar una correcta selección del valor nominal de los dispositivos de desconexión, es necesario comprender los principios de su funcionamiento, condiciones y tiempo de disparo.

Los parámetros de funcionamiento de los interruptores automáticos están estandarizados por documentos normativos rusos e internacionales.

Elementos principales y marcado

En la construcción del interruptor hay dos elementos que reaccionan al exceso de corriente del rango de valores establecido:

• La placa bimetálica se calienta bajo la influencia de la corriente que pasa y, al doblarse, presiona sobre el empujador, que desconecta los contactos. Esta es la “protección térmica” contra sobrecarga.
• El solenoide, bajo la influencia de una corriente fuerte en el devanado, genera un campo magnético que presiona el núcleo, y este a su vez actúa sobre el empujador. Esta es la “protección de corriente” contra cortocircuito, que reacciona a tal evento mucho más rápido que la placa.

Los tipos de dispositivos de protección eléctrica tienen un marcado mediante el cual se pueden determinar sus parámetros principales.

En cada interruptor automático están indicadas sus características principales. Esto permite no confundir los dispositivos cuando están instalados en el cuadro eléctrico.

El tipo de característica tiempo-corriente depende del rango de ajuste (valor de la corriente a la que se produce la activación) del solenoide. Para la protección del cableado y los aparatos en apartamentos, casas y oficinas se utilizan interruptores de tipo “C” o, mucho menos comunes, “B”. No hay una diferencia particular entre ellos en aplicaciones domésticas.

El tipo “D” se utiliza en cuartos de servicio o talleres de carpintería cuando hay equipos con motores eléctricos que tienen altos índices de potencia de arranque.

Existen dos estándares para dispositivos de desconexión: el residencial (EN 60898-1 o GOST R 50345) y el industrial más estricto (EN 60947-2 o GOST R 50030.2). Se diferencian ligeramente y se pueden usar interruptores de ambos estándares para locales residenciales.

En cuanto a la corriente nominal, la serie estándar de interruptores para uso doméstico incluye dispositivos con los siguientes valores: 6, 8, 10, 13 (raro), 16, 20, 25, 32, 40, 50 y 63 A.

Características tiempo-corriente de disparo

Para determinar la velocidad de disparo del interruptor en caso de sobrecarga, existen tablas especiales de la dependencia del tiempo de desconexión del coeficiente de exceso del valor nominal, que es igual a la relación entre la corriente existente y la nominal:

K = I / I_n.

La caída abrupta en la parte inferior del gráfico al alcanzar un valor del coeficiente de rango de 5 a 10 unidades se debe a la activación del disparador electromagnético. Para interruptores de tipo “B”, esto ocurre con un valor de 3 a 5 unidades, y para el tipo “D”, de 10 a 20.

El gráfico muestra la dependencia del rango de tiempo de disparo de los interruptores tipo “C” de la relación entre la corriente y el valor establecido para este interruptor.

Con K = 1.13, el interruptor no desconectará la línea de manera garantizada durante 1 hora, y con K = 1.45, la desconectará garantizadamente en el mismo tiempo. Estos valores están establecidos en el párrafo 8.6.2 de GOST R 50345-2010.

Para entender en cuánto tiempo actuará la protección, por ejemplo, con K = 2, es necesario trazar una línea vertical desde ese valor. Como resultado, obtenemos que, según el gráfico presentado, la desconexión ocurrirá en un rango de 12 a 100 segundos.

Una dispersión de tiempo tan grande se debe a que el calentamiento de la placa depende no solo de la potencia de la corriente que la atraviesa, sino también de los parámetros del ambiente externo. Cuanto mayor sea la temperatura, más rápido dispara el interruptor.

Reglas para la selección del valor nominal

La geometría de las redes eléctricas dentro de apartamentos y casas es individual, por lo que no existen soluciones estándar para la instalación de interruptores de un valor nominal determinado. Las reglas generales para calcular los parámetros permitidos de los interruptores son bastante complejas y dependen de muchos factores. Es necesario tenerlos todos en cuenta, de lo contrario es posible crear una situación de emergencia.

Principio de la disposición del cableado interior del apartamento

Las redes eléctricas internas tienen una estructura ramificada en forma de “árbol” – un grafo sin ciclos. El cumplimiento de este principio de construcción se llama selectividad de los interruptores automáticos, según el cual todos los tipos de circuitos eléctricos están equipados con dispositivos de protección.

Esto mejora la estabilidad del sistema ante una situación de emergencia y simplifica las tareas para su resolución. Además, la distribución de la carga, la conexión de aparatos de alto consumo y el cambio de la configuración del cableado se realizan con mucha más facilidad.

En la base del grafo se encuentra el interruptor general, y justo después de la ramificación, para cada circuito eléctrico individual se colocan interruptores de grupo. Este es un esquema estándar probado durante años.

La función del interruptor general incluye el control de la sobrecarga total: evitar que la intensidad de corriente supere el valor permitido para la instalación. Si esto ocurre, existe riesgo de dañar el cableado exterior. Además, es probable que actúen los dispositivos de protección fuera del apartamento, los cuales ya pertenecen a la propiedad común del edificio o a las redes eléctricas locales.

La función de los interruptores de grupo incluye el control de la intensidad de corriente en las líneas individuales. Protegen contra sobrecargas el cable en el tramo asignado y el grupo de consumidores de energía conectado a él. Si en caso de cortocircuito dicho dispositivo no actúa, el interruptor general lo respalda.

Incluso para apartamentos con pocos consumidores eléctricos, es recomendable realizar una línea independiente para la iluminación. Al desconectar el interruptor de otro circuito, la luz no se apagará, lo que permitirá solucionar el problema en condiciones más cómodas. Prácticamente en cada cuadro eléctrico, el valor nominal del interruptor general es menor que la suma de los de grupo.

Potencia total de los electrodomésticos

La carga máxima en el circuito se produce cuando se encienden todos los aparatos eléctricos simultáneamente. Por lo tanto, normalmente la potencia total se calcula mediante una simple suma. Sin embargo, en algunos casos este valor será menor.

Para algunas líneas, es poco probable, y a veces imposible, que todos los aparatos conectados funcionen al mismo tiempo. En las viviendas, a veces se establecen limitaciones específicas para el funcionamiento de dispositivos de alta potencia. Para ello, hay que recordar evitar su encendido simultáneo o utilizar un número limitado de tomas de corriente.

La probabilidad de que funcionen simultáneamente todos los equipos de oficina, la iluminación y el equipo auxiliar (hervidores, frigoríficos, ventiladores, calefactores, etc.) es muy baja, por lo que al calcular la potencia máxima se utiliza un factor de corrección.

Al electrificar edificios de oficinas, para los cálculos a menudo se utiliza un coeficiente de simultaneidad empírico, cuyo valor se toma en un rango de 0,6 a 0,8. La carga máxima se calcula multiplicando la suma de las potencias de todos los aparatos eléctricos por el coeficiente.

En los cálculos existe un detalle: hay que considerar la diferencia entre la potencia nominal (total) y la potencia consumida (activa), las cuales están relacionadas por el factor (cos (f)).

Esto significa que para el funcionamiento del dispositivo se necesita una corriente de potencia igual a la consumida dividida por este factor:

I_p = I / cos (f)

Donde:

• I_p – intensidad de la corriente nominal, que se utiliza en los cálculos de carga;
• I – intensidad de la corriente consumida por el aparato;
• cos (f) <= 1.

Por lo general, la corriente nominal se indica, directamente o mediante la especificación del valor de cos (f), en la ficha técnica del aparato eléctrico.

Así, por ejemplo, el valor del factor para fuentes de luz fluorescentes es 0,9; para lámparas LED, alrededor de 0,6; para lámparas incandescentes comunes, 1. Si la documentación se ha perdido, pero se conoce la potencia consumida de los dispositivos domésticos, por seguridad se toma cos (f) = 0,75.

Los valores recomendados del factor de potencia indicados en la tabla se pueden usar al calcular las cargas eléctricas cuando no se dispone de datos sobre la corriente nominal

Sobre cómo seleccionar un interruptor automático según la potencia de carga, está escrito en el siguiente artículo, cuyo contenido le recomendamos consultar.

Selección de la sección de los conductores

Antes de tender el cable de alimentación desde el cuadro de distribución hasta un grupo de consumidores, es necesario calcular la potencia de los aparatos eléctricos cuando funcionan simultáneamente. La sección de cada ramal se elige según tablas de cálculo en función del tipo de metal del cableado: cobre o aluminio.

Los fabricantes de cables acompañan sus productos con materiales de referencia similares. Si no están disponibles, se basan en los datos del manual “Reglas de instalación de equipos eléctricos” o realizan el cálculo de la sección del cable.

Sin embargo, a menudo los consumidores se sobreeguran y eligen no la sección mínima admisible, sino una un paso mayor. Así, por ejemplo, al comprar un cable de cobre para una línea de 5 kW, se elige una sección de conductores de 6 mm², cuando según la tabla el valor de 4 mm² es suficiente.

La tabla de referencia presentada en el PUE permite seleccionar la sección necesaria de la serie estándar para diversas condiciones de operación del cable de cobre

Esto puede estar justificado por las siguientes razones:

• Una operación más prolongada de un cable grueso, que rara vez se somete a la carga máxima permitida para su sección. Volver a realizar el tendido del cableado eléctrico es un trabajo difícil y costoso, especialmente si la habitación ha sido renovada.
• El margen de capacidad permite conectar sin problemas nuevos aparatos eléctricos a la rama de la red. Así, en la cocina se puede agregar un congelador adicional o trasladar allí la lavadora desde el baño.
• El arranque de los dispositivos que contienen motores eléctricos genera fuertes corrientes de arranque. En este caso, se observa una caída de tensión, que no solo se manifiesta en el parpadeo de las lámparas de iluminación, sino que también puede provocar la avería de la parte electrónica de la computadora, el aire acondicionado o la lavadora. Cuanto más grueso sea el cable, menor será la caída de tensión.

Desafortunadamente, en el mercado hay muchos cables fabricados no según GOST, sino según los requisitos de varias especificaciones técnicas (TU).

A menudo, la sección de sus conductores no cumple con los requisitos o están fabricados con un material conductor de mayor resistencia de lo debido. Por lo tanto, la potencia máxima real a la que se produce el calentamiento admisible del cable suele ser menor que en las tablas normativas.

Esta fotografía muestra las diferencias entre los cables fabricados según GOST (izquierda) y según TU (derecha). Es evidente la diferencia en la sección de los conductores y en la densidad de adherencia del material aislante.

Cálculo del valor nominal del interruptor para la protección del cable

El interruptor automático instalado en el cuadro debe asegurar la desconexión de la línea cuando la intensidad de corriente supere los límites permitidos para el cable eléctrico. Por lo tanto, para el interruptor es necesario realizar el cálculo del valor nominal máximo admisible.

Según el PUE, la carga admisible a largo plazo de los cables de cobre instalados en canaletas o al aire (por ejemplo, sobre un falso techo) se toma de la tabla anterior. Estos valores están destinados para casos de emergencia cuando hay sobrecarga de potencia.

Algunos problemas comienzan al correlacionar la potencia nominal del interruptor con la corriente admisible a largo plazo, si se hace de acuerdo con el actual GOST R 50571.4.43-2012.

Se muestra un fragmento del punto 433.1 de GOST R 50571.4.43-2012. En la fórmula “2” hay una inexactitud, y para entender correctamente la definición de la variable In, se debe considerar el Apéndice “1”.

En primer lugar, la interpretación de la variable I_n como potencia nominal induce a error si no se presta atención al Apéndice “1” de este punto de GOST. En segundo lugar, en la fórmula “2” hay un error tipográfico: el coeficiente 1,45 se ha añadido incorrectamente, y muchos especialistas constatan este hecho.

Según el p. 8.6.2.1. de la norma GOST R 50345-2010, para interruptores domésticos con una capacidad nominal de hasta 63 A, el tiempo condicional es de 1 hora. La corriente de disparo establecida es igual al valor nominal multiplicado por el coeficiente 1,45.

Por lo tanto, según la primera y la segunda fórmula modificada, la corriente nominal del interruptor debe calcularse mediante la siguiente fórmula:

I_n <= I_Z / 1,45

Donde:

• I_n – corriente nominal del interruptor automático;
• I_Z – corriente admisible permanente del cable.

Realicemos el cálculo de las capacidades nominales de los interruptores para secciones estándar de cables en una conexión monofásica con dos conductores de cobre (220 V). Para ello, dividamos la corriente admisible permanente (en tendido al aire) por el coeficiente de disparo 1,45.

Seleccionemos el interruptor automático de modo que su capacidad nominal sea menor que este valor:

• Sección 1,5 mm²: 19 / 1,45 = 13,1. Capacidad nominal: 13 A;
• Sección 2,5 mm²: 27 / 1,45 = 18,6. Capacidad nominal: 16 A;
• Sección 4,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Capacidad nominal: 25 A;
• Sección 6,0 mm²: 50 / 1,45 = 34,5. Capacidad nominal: 32 A;
• Sección 10,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Capacidad nominal: 40 A;
• Sección 16,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Capacidad nominal: 50 A;
• Sección 25,0 mm²: 115 / 1,45 = 79,3. Capacidad nominal: 63 A.

Los interruptores automáticos de 13 A son poco comunes en el mercado, por lo que en su lugar se suelen usar dispositivos con una capacidad nominal de 10 A.

Los cables con conductores de aluminio actualmente se usan raramente en la instalación de cableado interior. También existe una tabla que permite seleccionar la sección según la carga.

De manera similar, para los cables de aluminio calcularemos las capacidades nominales de los interruptores automáticos:

• Sección 2,5 mm²: 21 / 1,45 = 14,5. Capacidad nominal: 10 o 13 A;
• Sección 4,0 mm²: 29 / 1,45 = 20,0. Capacidad nominal: 16 o 20 A;
• Sección 6,0 mm²: 38 / 1,45 = 26,2. Capacidad nominal: 25 A;
• Sección 10,0 mm²: 55 / 1,45 = 37,9. Capacidad nominal: 32 A;
• Sección 16,0 mm²: 70 / 1,45 = 48,3. Capacidad nominal: 40 A;
• Sección 25,0 mm²: 90 / 1,45 = 62,1. Capacidad nominal: 50 A.
• Sección 35,0 mm²: 105 / 1,45 = 72,4. Capacidad nominal: 63 A.

Si el fabricante de los cables de potencia declara una relación diferente de la potencia admisible con el área de la sección, entonces es necesario recalcular el valor para los interruptores.

Las fórmulas de la dependencia de la corriente con respecto a la potencia para una red monofásica y trifásica son diferentes. Muchas personas que poseen aparatos diseñados para tensiones de 380 voltios cometen un error en este punto.

Cómo determinar los parámetros técnicos del interruptor automático según el marcado, se detalla aquí. Le recomendamos consultar el material informativo.

Prevención de sobrecarga por el funcionamiento de los consumidores

A veces se instala en la línea un interruptor automático con una potencia nominal mucho más baja de lo necesario para garantizar la conservación de la funcionalidad del cable eléctrico.

Reducir el valor nominal del interruptor es conveniente si la potencia total de todos los dispositivos en el circuito es significativamente menor que la que puede soportar el cable. Esto ocurre si, por razones de seguridad, después de la instalación del cableado se han retirado algunos aparatos de la línea.

Entonces, la reducción de la potencia nominal del interruptor automático está justificada desde el punto de vista de su respuesta más rápida a las sobrecargas que se producen.

Por ejemplo, al bloquearse el rodamiento de un motor eléctrico, la corriente en el devanado aumenta bruscamente, pero no hasta valores de cortocircuito. Si el interruptor automático reacciona rápidamente, el devanado no tendrá tiempo de fundirse, lo que salvará al motor de un costoso procedimiento de rebobinado.

También se utiliza un valor nominal inferior al calculado por razones de limitaciones estrictas en cada circuito. Por ejemplo, para una red monofásica en la entrada de un apartamento con cocina eléctrica se ha instalado un interruptor de 32 A, lo que proporciona 32 * 1,13 * 220 = 8,0 kW de potencia admisible. Supongamos que al realizar el cableado del apartamento se organizaron 3 líneas con la instalación de interruptores automáticos grupales de 25 A.

Si la cantidad de interruptores automáticos grupales instalados en el cuadro de distribución es grande, es necesario etiquetarlos y numerarlos. De lo contrario, se puede confundir.

Supongamos que en una de las líneas se produce un aumento lento de la carga. Cuando la potencia consumida alcance el valor igual al disparo garantizado del interruptor grupal, en las otras dos secciones solo quedarán (32 – 25) * 1,45 * 220 = 2,2 kW.

Esto es muy poco en relación con el consumo total. Con este esquema del cuadro de distribución, el interruptor automático de entrada se desconectará con más frecuencia que los dispositivos en las líneas.

Por lo tanto, para mantener el principio de selectividad, es necesario colocar en las secciones interruptores con un valor nominal de 20 o 16 amperios. Entonces, con la misma desviación de la potencia consumida, los otros dos eslabones tendrán un total de 3,8 o 5,1 kW, lo cual es aceptable.

Consideremos la posibilidad de instalar un interruptor con un nominal de 20A en el ejemplo de una línea separada asignada para la cocina.

A ella están conectados y pueden encenderse simultáneamente los siguientes electrodomésticos:

• Refrigerador, con una potencia nominal de 400 W y una corriente de arranque de 1,2 kW;
• Dos congeladores, con una potencia de 200 W;
• Horno, con una potencia de 3,5 kW;
• Durante el funcionamiento del horno eléctrico, solo está permitido encender adicionalmente un aparato, el más potente de los cuales es el hervidor eléctrico, que consume 2,0 kW.

Un interruptor automático de veinte amperios permite pasar durante más de una hora una corriente con una potencia de 20 * 220 * 1,13 = 5,0 kW. El disparo garantizado en menos de una hora ocurrirá al pasar una corriente de 20 * 220 * 1,45 = 6,4 kW.

En la cocina, la conexión eléctrica permanente debe ser para el equipo de refrigeración y la placa de cocina. Si existe riesgo de superar la intensidad de corriente, se puede evitar el funcionamiento simultáneo de los demás dispositivos asignándoles solo dos enchufes.

Al encender simultáneamente el horno y el hervidor eléctrico, la potencia total será de 5,5 kW o 1,25 partes del valor nominal del automático. Como el hervidor funciona poco tiempo, no se producirá una desconexión. Si en ese momento se ponen en funcionamiento el refrigerador y ambos congeladores, la potencia será de 6,3 kW o 1,43 partes del valor nominal.

Este valor ya está cerca del parámetro de disparo garantizado. Sin embargo, la probabilidad de que se produzca tal situación es extremadamente baja y la duración del período será insignificante, ya que el tiempo de funcionamiento de los motores y del hervidor es corto.

La corriente de arranque que se genera al encender el refrigerador, incluso sumada a todos los dispositivos en funcionamiento, no será suficiente para activar el disparador electromagnético. Por lo tanto, en las condiciones dadas se puede usar un automático de 20 A.

El único detalle radica en la posibilidad de aumentar el voltaje hasta 230 V, lo que está permitido por los documentos normativos. En particular, la norma GOST 29322-2014 (IEC 60038:2009) define el voltaje estándar como 230 V con posibilidad de usar 220 V.

Actualmente, en la mayoría de las redes se suministra electricidad a 220 V. Si el parámetro de corriente se ajusta al estándar internacional de 230 V, entonces se pueden recalcular los valores nominales de acuerdo con ese valor.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Dispositivo del interruptor. Selección del automático de entrada según la potencia conectada. Reglas de distribución de la alimentación:

Selección del interruptor según la capacidad de carga del cable:

El cálculo de la corriente nominal del interruptor es una tarea compleja que requiere considerar múltiples condiciones. La comodidad del mantenimiento y la seguridad de la red eléctrica local dependen del automático instalado.

En caso de dudas sobre la posibilidad de hacer una elección correcta, es necesario consultar a electricistas experimentados.

Por favor, escriba comentarios en el bloque que se encuentra a continuación. Cuente su propia experiencia en la selección de interruptores automáticos. Comparta información útil y fotos sobre el tema del artículo, haga preguntas.