Interruptor Automático

El interruptor automático IA es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales, así como establecer, soportar e interrumpir durante un tiempo corrientes de cortocircuito.

Son elementos de protección utilizados para proteger las instalaciones eléctricas contra sobrecargas y cortocircuitos. Tienen como función principal la de interrumpir el flujo de corriente en caso de una sobreintensidad, evitando daños en los equipos y cables, así como el riesgo de incendio.

El interruptor automático opera bajo 2 principios fundamentales:

– Acción térmica: el disparador térmico se calienta en presencia de una sobrecarga de corriente. Si la sobrecarga persiste, el disparador libera un mecanismo que abre los contactos del interruptor, interrumpiendo el flujo de corriente.

– Acción magnética: el disparador magnético detecta campos magnéticos intensos generados por corrientes de cortocircuito. En este caso, el disparador actúa de forma instantánea, abriendo los contactos del interruptor y cortando la corriente rápidamente.

Constitución del Interruptor Automático

Básicamente, el interruptor automático consta de los siguientes elementos:

Contactos del Interruptor Automático

Son los elementos que al unirse o separarse establecen la conexión o corte de corriente. Facilitan la extinción del arco eléctrico generado al abrir el interruptor.

Suelen utilizar materiales como aleaciones de plata, cobre o tungsteno. Estos materiales ofrecen diferentes características de conductividad eléctrica, resistencia al desgaste y poder de corte. Deben ser capaces de soportar la corriente de cortocircuito sin dañarse y garantizar una desconexión segura.

Cámara de Extinción del Interruptor Automático

Es el alojamiento en donde se extingue al arco producido por la maniobra. En los de baja intensidad nominal se utiliza el aire, pero en los de alta intensidad se utiliza el SF₆ (exafluoruro de azufre) o el vacío. En MT se usa el aceite, el vacío, el aire comprimido, SF₆, campos magnéticos, etc.

Mecanismo de Disparo del Interruptor Automático

Es el dispositivo que permite la apertura o cierre de los contactos de forma manual o automática. Actúa cuando el disparador le transmite un movimiento.

Está compuesto por muelles que almacenan energía para abrir el interruptor. Una biela transmite la fuerza del mecanismo de disparo a los contactos.

Disparadores del Interruptor Automático

Son dispositivos unidos al mecanismo de disparo que liberan el mecanismo de retención para abrir los contactos.

Dependiendo de si la corriente principal circula por el interior del disparador, podemos distinguir 2 tipos fundamentales: directos o indirectos.

● Disparadores directos o primarios: son recorridos por la corriente del circuito principal. Cuando la corriente sobrepasa un cierto valor el disparador actúa. Hay básicamente 2:

–  Relé o disparador térmico (electrotérmico): protege contra sobrecargas.

Dispone de una lámina bimetálica, de forma que cuando la corriente toma un valor elevado, la lámina se deforma y hace actuar el mecanismo de disparo.

La deformación de la lámina bimetálica y la activación del mecanismo de disparo requieren un cierto tiempo. Cuanto mayor sea la sobrecarga, menor será el tiempo de respuesta.

–  Relé o disparador magnético (electromagnético): protege contra cortocircuitos.

Dispone de un electroimán, de forma que cuando la corriente alcanza un valor muy elevado, la fuerza magnética de este aumenta y provoca el movimiento del núcleo, que hace actuar el mecanismo de disparo.

El corte magnético depende de las características del IA y ocurre si la corriente que lo atraviesa está comprendida entre 3 y 20 veces la intensidad nominal o calibre I_n del IA, siendo su tiempo de intervención muy rápido, del orden de unas centésimas de segundo.

● Disparadores indirectos o secundarios: están conectados en un circuito de mando o auxiliar, distinto del circuito principal.

Mediante la acción de pulsadores, detectores, relés, transformadores de intensidad, etc., se pueden añadir al IA para que actúen sobre una bobina de entrada que incorpora el propio IA, provocando el accionamiento del mecanismo de disparo. Son aplicables, generalmente, a los IA industriales.

Funciones Adicionales del Interruptor Automático

La función principal que caracteriza a los IA es la protección contra sobrecargas y cortocircuitos. No obstante, estos dispositivos pueden estar equipados de funciones adicionales, que en ciertos casos dependerán del tipo de relé asociado al interruptor. A continuación, se dan algunos ejemplos de otras funciones, tales como:

● Maniobras de conexión y desconexión manual: no es su función más común, pero los IA también pueden utilizarse para conectar y desconectar cargas en condiciones normales, siempre y cuando las operaciones no sean frecuentes. Para maniobras más intensivas, se recomienda el empleo de dispositivos más idóneos, como los contactores.

● Protección contra los defectos de aislamiento: la corriente de defecto a tierra debida a fallos de aislamiento puede dar lugar a tensiones de defecto en las masas peligrosas para las personas. En este caso, el relé diferencial asociado al interruptor permite desconectar el circuito si detecta una corriente de fuga que supera un valor determinado.

● Protección contra subidas de tensión (sobretensión): protege la instalación de picos de tensión que podrían dañar los equipos conectados. Esta función se activa cuando la tensión excede un umbral predefinido, interrumpiendo el suministro eléctrico para evitar daños en dispositivos electrónicos.

● Protección por subtensión o mínima tensión: desconecta automáticamente el circuito cuando la tensión de alimentación cae por debajo de un valor de tensión durante un tiempo prolongado. Esta función protege a los motores eléctricos de daños, evitando así un funcionamiento irregular o rearranque intempestivo del motor.

● Seccionamiento: tienen un mecanismo adicional, mediante una palanca o botón, que permite aislar eléctricamente los conductores. Se trata, por tanto, de una función de seguridad necesaria para poder “separar” la instalación o equipo de la alimentación eléctrica. Esto es útil para realizar trabajos de mantenimiento o reparaciones sin riesgo de electrocución.

Tipos de Interruptores Automáticos

Respecto al ámbito de aplicación o capacidad de corriente, podemos clasificarlos en interruptores automáticos modulares para instalaciones domésticas y análogas (PIA) y en interruptores automáticos para instalaciones industriales (IAR).

Interruptor Automático Modular

Es el interruptor automático para instalaciones domésticas y análogas. Se le denomina también pequeño interruptor automático (PIA) o magnetotérmico.

Se utiliza este formato cuando se trata de proteger líneas cuya corriente nominal está limitada a 125 A y tensión de empleo máxima de 440 V. Están provistos de relés magnetotérmicos no regulables (calibre fijo).

Aunque la mayoría solo ofrecen protección magnetotérmica contra sobreintensidades, es decir, no admiten disparadores secundarios, algunos modelos pueden incorporar módulos y accesorios que realicen otras funciones, por ejemplo, corriente diferencial residual, contactos auxiliares, etc.

La norma aplicable a estos aparatos es la UNE-EN 60898-1 Interruptores automáticos para instalaciones domésticas y análogas para la protección contra sobreintensidades.

El término “análogos” se refiere al tipo de usuario. Los emplazamientos domésticos y las instalaciones del sector terciario tienen en común que el personal que usa y manipula los aparatos eléctricos no posee muchos conocimientos sobre los riesgos de la electricidad.

Consecuentemente, los equipos eléctricos han de poseer una mayor protección contra estos riesgos y ser de fácil manejo.

No obstante, estos interruptores automáticos también se emplean en instalaciones industriales (generalmente hasta 125 A) de características apropiadas para las mismas (poder de corte, tipos de bornes, etc.).

A continuación, se muestra el aspecto real de un magnetotérmico doméstico o PIA (pequeño interruptor automático) de la marca “Chint”, en el que se observan sus principales parámetros:

Interruptor Automático Industrial

Es el interruptor automático para instalaciones industriales. Se le denomina también interruptor automático regulable (IAR).

Estos interruptores no están limitados en su corriente asignada. Se utilizan para corrientes superiores a 63 A, pudiendo alcanzar varios miles de amperios, mientras que su tensión de empleo puede alcanzar los 1.000 V. Tanto el disparador térmico como el magnético son regulables.

La norma aplicable a estos IA es la UNE-EN 60947-2 Aparamenta de baja tensión. Parte 2: Interruptores automáticos. La selección, puesta en servicio y utilización es de cierta complejidad, al ser muchas las opciones posibles, lo que hace conveniente la intervención de personal técnico capacitado.

Los interruptores automáticos industriales presentan las siguientes modalidades constructivas:

Interruptores automáticos de caja moldeada (MCCB)

Es un IA constituido por una envolvente aislante, compacta y robusta, que internamente sirve de soporte estructural del mecanismo, los contactos y de los demás elementos metálicos, formando un conjunto integral.

Tienen un rango de capacidad de corriente típicamente de hasta 3000 A, siendo adecuados para instalaciones industriales y comerciales de tamaño mediano. En la figura se muestran 2 modelos de Schneider Electric.

Interruptores automáticos de bastidor metálico o bastidor abierto (ACB)

También se denominan “IA al aire”, ya que el medio de extinción es el aire. Se caracteriza por tener una estructura metálica visible desde el exterior.

Tienen un rango de capacidad de corriente más amplio de hasta 6300 A, utilizándose en instalaciones de mayor potencia, como grandes industrias o centros de datos. En la figura se muestran 2 modelos de Schneider Electric.

Interruptores automáticos limitadores (LCB)

Se caracterizan por su capacidad para limitar la corriente de cortocircuito a un valor máximo predefinido, es decir, su tiempo de interrupción es suficientemente corto para impedir que la corriente alcance su valor de cresta.

Cuando el LCB detecta un cortocircuito, no solo abre el circuito, sino que también limita la magnitud de la corriente que circula durante el cortocircuito, lo que reduce el daño a los equipos y cables.

Existen tanto de “caja moldeada” como de “bastidor metálico”. Externamente no se distinguen los IA “limitadores” de los “no limitadores”.

La forma de actuación de estos interruptores se muestra en la siguiente figura.

Parámetros del Interruptor Automático

La correcta selección y configuración de un interruptor automático depende de la comprensión de sus principales parámetros.

Un IA con una capacidad inferior a la requerida puede no proteger la instalación correctamente, mientras que uno con una capacidad superior puede ser innecesariamente caro.

Los principales parámetros para seleccionar el IA son los siguientes:

Tensión Nominal del IA

La tensión nominal de un interruptor automático es el valor de tensión para el que se ha diseñado:

● Tensión nominal de los IA modulares: son para tensión nominal de 230 o 400 V.

● Tensión nominal de los IA industriales: son para tensión nominal de 230, 400, 690 o 1000 V.

Intensidad Nominal o Calibre del IA

La intensidad nominal In o calibre de un interruptor automático se define como la intensidad máxima que el IA es capaz de soportar sin que produzca la apertura del circuito. Sobrepasado este valor el dispositivo cortará el circuito en un tiempo determinado.

● Intensidad nominal para los IA modulares: están normalizados como preferentes los siguientes calibres:

No obstante, podemos encontrar calibres por debajo de 6 A y hasta superiores a 125 A.

● Intensidad nominal para los IA industriales: la norma aplicable no establece valores concretos. Los fabricantes adoptan en general valores de la serie de “números normales”.

Por ejemplo, para IA de caja moldeada (MCCB) los calibres suelen ser de 125, 160, 250, 400, 630, 800, 1.250, 1.600, 2.000, 2.500, 3.000 A. Para IA de bastidor metálico (ACB) de 800, 1.250, 1.600, 2.000, 2.500, 3.000, 4.000, 5.000, 6.300 A.

Poder de Corte del Interruptor Automático

El poder de corte o PdC de un interruptor automático indica la intensidad máxima que es capaz de cortar, expresada en kA. A diferencia de los fusibles, los IA poseen un poder de corte inferior.

Al seleccionar un interruptor automático, el poder de corte ha de ser SIEMPRE igual o superior a la corriente de cortocircuito prevista en el punto de instalación

Si el poder de corte es inferior a la corriente de cortocircuito, el mecanismo de disparo del interruptor no tendrá capacidad de interrumpir la corriente, dejando la instalación desprotegida.

El PdC del IA a instalar, dependerá de la corriente de cortocircuito máxima I_ccmáx prevista en el punto de su instalación, que a su vez dependerá de lo cerca o lejos que esté el IA del transformador que alimenta la red. Cuánto más cerca se encuentre del transformador mayor valor deberá tener su PdC.

El valor de la corriente de cortocircuito máxima I_ccmáx prevista se calcula conociendo la impedancia (Ω) que ofrece la línea eléctrica desde el transformador hasta el punto en el que se va a instalar el interruptor automático. Este dato lo facilita la compañía eléctrica para el origen de la instalación.

No obstante, se puede calcular de forma aproximada para cualquier punto de nuestra instalación mediante el procedimiento de cálculo de corrientes de cortocircuito con datos de la red de BT, o también mediante el de cálculo de corrientes de cortocircuito sin datos de la red de BT.

● Poder de corte de un IA modular: suele ser de los siguientes valores, teniendo en cuenta que se exige un mínimo de 4,5 kA en viviendas:

● Poder de corte de un IA industrial: es muy variado y la norma UNE-EN 60947-2 no indica valores recomendados. Los fabricantes facilitan estos valores.

Número de Polos del Interruptor Automático

Un polo es un camino independiente para la corriente eléctrica en un interruptor automático.

Según el número de polos, los interruptores automáticos pueden ser:

● Interruptores automáticos unipolares (L): un solo polo. La compra de estos interruptores automáticos está en desuso, ya que el Reglamento de Baja Tensión (RBT) exige protecciones de corte omnipolar, algo que este tipo de magnetotérmico no cumple. En el pasado, era común encontrarlos en instalaciones antiguas, donde el neutro era compartido por todos los circuitos.

● Interruptores automáticos bipolares (L + N o L + L): dos polos. Estos interruptores se utilizan en circuitos monofásicos, como motores o electrodomésticos.

● Interruptores automáticos tripolares (L + L + L): tres polos. Estos interruptores se utilizan en circuitos trifásicos sin neutro, como motores trifásicos o máquinas industriales.

● Interruptores automáticos tetrapolares (L + L + L + N): cuatro polos. Estos interruptores se utilizan en circuitos trifásicos con neutro, como generadores trifásicos o interruptores generales de corte.

Tiempo de Retardo Regulable del IA

Es una característica especial de algunos interruptores automáticos que les permite soportar una corriente asignada de corta duración, es decir, disponen de tiempo de retardo regulable.

Cuando se produce una corriente de cortocircuito el interruptor automático sigue funcionando sin abrir el circuito hasta que no pase el tiempo de retardo.

El IA industrial suele disponer de esta característica, aunque algunos IA modulares avanzados pueden ofrecer la posibilidad de ajustar el tiempo de retardo en un rango específico.

Esta característica es fundamental para:

– Comportamiento selectivo: en instalaciones con múltiples interruptores automáticos en serie, el retardo regulable permite coordinar la secuencia de disparo de los interruptores en caso de un cortocircuito. Esto ayuda a limitar la zona afectada por el fallo y a evitar la interrupción del servicio en áreas no afectadas.

– Continuidad del servicio: el retardo regulable puede permitir que la instalación eléctrica continúe funcionando durante un cortocircuito momentáneo, evitando interrupciones innecesarias del servicio.

A los IA que son selectivos se les llama de categoría B (a los que no son selectivos se les llama de categoría A). El parámetro a seleccionar viene dado en kA eficaces asociados a un tiempo, a escoger por el fabricante. El tiempo suele ser entre 0,05 - 0,1 - 0,25 - 0,5 y 1 segundo.

Corriente de Regulación de Disparo Térmico o magnético

La mayoría de los interruptores automáticos industriales integran 2 mecanismos de disparo independientes: uno térmico que determina su sensibilidad ante sobrecargas y otro magnético que determina su sensibilidad ante cortocircuitos, cada uno con su propia corriente de regulación.

Tanto los interruptores de caja moldeada (MCCB) como los de bastidor metálico (ACB) pueden regular la corriente de disparo mediante 2 métodos:

– Ajuste mecánico: este método tradicional se realiza mediante tornillos o perillas para ajustar la corriente de disparo térmica (I_th) y, en algunos casos, la magnética (I_m).

– Relés electrónicos a microprocesador: ofrecen mayor precisión y flexibilidad en la configuración de la protección. La configuración de los valores de disparo se realiza generalmente a través de un software específico o mediante interfaces de usuario integradas en el relé.

En general, los MCCB de gama alta y los ACB suelen ofrecer la opción de utilizar relés electrónicos a microprocesador para la regulación de la corriente de disparo. Algunos modelos de MCCB básicos solo tienen ajuste mecánico.

Aunque los rangos de ajuste pueden variar según el fabricante y modelo del interruptor, los márgenes de regulación típicos podrían ser:

– Disparador térmico I_th: entre 0,5 I_n y 2 I_n.

– Disparador magnético I_m: entre 2 I_n y 15 I_n.

Símbolo del Interruptor Automático

Su símbolo representa tanto el accionamiento como los 2 tipos de corte (magnético y térmico). Sin embargo, dicho símbolo es complejo, motivo por el cual, el más utilizado es el símbolo abreviado.

En la siguiente figura aparecen ambas formas de representación:

Curvas de Disparo del Interruptor Automático

Son curvas que indican los tiempos de actuación de los disparadores directos (térmico y magnético) en función de la corriente que atraviesa el interruptor.

A diferencia de los fusibles, las gráficas no expresan la intensidad que puede circular a través de él, sino la intensidad que circula en función de la intensidad nominal del IA, expresado como I/I_n o I/I_R.

Un interruptor automático contiene 2 protecciones independientes:

– Disparo térmico (protección contra sobrecargas): su característica de disparo es a tiempo inverso o dependiente, es decir, a mayor valor de corriente menor el tiempo de actuación.

– Disparo magnético (protección contra cortocircuitos): su característica de disparo es a tiempo independiente, es decir, a partir de cierto valor de corriente, el disparo se produce siempre en el mismo tiempo y de forma prácticamente instantánea.

En la curva de disparo se pueden distinguir 3 zonas diferentes:

● Zona de no disparo: cuando el valor de la corriente de empleo, uso o utilización I sea inferior a la corriente nominal o calibre I_n, el IA no dispara.

● Zona de disparo térmico: cuando se supera el valor I_n dispara el electrotérmico.

● Zona de disparo magnético: si aumenta la corriente hasta llegar a la corriente de disparo magnético I_mag dispara el electromagnético. Dependiendo del tipo de curva del IA, I_mag estará situado más a la derecha o más a la izquierda.

Según sea el tipo de curva de fabricación de un interruptor automático, la norma establece los valores máximos y mínimos de la corriente magnética I_mag para cada una de las curvas.

Curvas de Disparo del Magnetotérmico

La norma EN 60.898 define los requisitos de diseño, construcción, ensayo y rendimiento para los magnetotérmicos o interruptores automáticos para instalaciones domésticas y análogas.

Esta norma define lo que se conoce por corriente convencional de disparo I₂, que vale 1,45 · I_n (45% más que la corriente nominal I_n). Si la corriente es igual a I₂ = 1,45 · In, el tiempo de apertura debe ser menor que 1 hora (si I_n ≤ 63 A) o menor a 2 horas (si I_n > 63 A).

Para los interruptores magnetotérmicos, se definen 3 clases de disparo magnético I_mag, que dan lugar a 3 curvas de valores normalizados B, C y D, en la que se observa el tiempo de disparo en función del múltiplo de la corriente nominal I_n.

Para no hacer una curva por cada interruptor automático magnetotérmico (una para el de I_n = 10 A, otra para el de 16 A, otra para el de 20 A, etc.), los fabricantes crean estas curvas que tienen el eje horizontal graduado en múltiplos de la corriente nominal I_n. Esto significa que el valor “1” en este eje corresponde al valor de la corriente nominal I_n, el valor “2” al doble de la I_n, etc.

El eje vertical está graduado en diferentes unidades de tiempo. En la gráfica del ejemplo anterior en segundos y minutos.

Cualquier punto dentro o en los límites de la curva es una combinación corriente/tiempo que produce el disparo. Se observa que las curvas de disparo tienen 2 zonas bien diferenciadas, la del disparo térmico y la del disparo magnético. Existen unos márgenes de disparo, en ambas zonas, que analizaremos por separado.

Zona de Disparo Térmico del Magnetotérmico

Puede verse que para un valor de corriente igual a I_n (corriente nominal), el IA no dispara nunca, porque ese valor de corriente no entra entre las 2 curvas para ningún valor del tiempo:

● Corriente convencional de no disparo I_nt: si la corriente es I_nt = 1,13 veces I_n, entramos en el umbral de corriente de no disparo, es decir, la máxima corriente que no disparará al interruptor (puede apreciarse que cualquier valor menor no provoca el disparo). A partir de este valor el IA disparará para un tiempo superior a 1 hora.

● Corriente convencional de disparo I_t ó I₂: si la corriente alcanza I_t = 1,45 veces I_n, entramos en la corriente convencional de disparo, es decir, la corriente de disparo seguro. Este valor nos asegura que el IA disparará en un tiempo inferior a 1 hora (si I_n ≤ 63 A) o 2 horas (si I_n > 63A).

Esta zona de incertidumbre desde 1,13 hasta 1,45 veces I_n es relativamente grande. Es debida a la temperatura previa de la lámina bimetálica en el momento en que se produce la sobrecarga.

Así, si la lámina estaba fría y se produce la sobrecarga, tardará más tiempo en abrir. Por el contrario, si ya estaba circulando una corriente cercana a su corriente nominal, al estar la lámina caliente, tardará menos tiempo en abrir.

Zona de Disparo Magnético del Magnetotérmico

El disparo magnético I_mag se produce para valores de corriente más elevados, ya que este mecanismo actúa en caso de cortocircuitos.

También se aprecia que no hay una única curva de disparo, sino 3 zonas o curvas distintas, marcadas como B, C y D, según la curva de disparo que corresponda al interruptor. Estas curvas están definidas por la norma IEC 60898 como 3 rangos de sensibilidad.

● Curva B: disparo magnético I_mag entre 3 y 5 I_n, para protección donde se prevean intensidades de cortocircuito bajas (líneas de gran longitud) o que disponga de receptores que en su funcionamiento no generen picos de corriente, como circuitos puramente resistivos, de calefacción, etc.

● Curva C: disparo magnético I_mag entre 5 y 10 I_n, para protección de circuitos de uso general como alumbrado con lámparas de descarga, tomas de corriente, pequeños motores, etc.

● Curva D: disparo magnético I_mag entre 10 y 20 I_n, para protección de circuitos que dispongan de receptores con grandes picos de intensidad, como grandes motores.

Para cualquiera de las 3 zonas o rangos de sensibilidad, hay 2 valores de I_mag:

– Umbral de no disparo I_mag: es el valor menor de I_mag en el cual, el tiempo de disparo es ≥ 0,1 s.

– Umbral de disparo seguro I_mag: es el valor mayor de I_mag en el cual, el tiempo de disparo es  < 0,1 s.

Una vez que se supera el valor menor de I_mag o umbral de no disparo, el magnetotérmico disparará, ya que se trata de un electroimán, pero según la norma IEC 60898:

Por ello, se debería considerar el valor mayor de I_mag, es decir, el umbral de disparo seguro (< 0,1 s) como el disparo instantáneo.

Otras Curvas de Disparo de los Interruptores Automáticos

La elección de la curva de disparo correcta para un interruptor automático depende de varios factores, como el tipo de carga conectada, la corriente nominal del circuito y la sensibilidad requerida.

En general, se recomienda utilizar la curva más sensible posible que garantice la protección adecuada sin generar disparos innecesarios.

Se pueden encontrar otros tipos de curvas para aplicaciones específicas, pero las más usuales son estas 2 curvas:

● Curva MA: disparo magnético I_mag a 12 I_n (con un margen de tolerancia). Se utiliza para protección de arranque de motores y aplicaciones específicas. No dispone de protección térmica, es decir, protege solamente contra cortocircuitos. Requiere la instalación de relé térmico para la protección de sobrecargas (guardamotor).

● Curva Z: disparo magnético I_mag entre 2,4 y 3,6 I_n. Se utiliza para protección de los circuitos electrónicos.

Ejercicios Resueltos del Interruptor Automático: Parámetros y Curvas de funcionamiento

A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos del interruptor automático respecto a sus parámetros y curvas de funcionamiento:

Protección a Sobrecargas del Interruptor Automático

El interruptor automático protegerá a sobrecargas siempre que desconecte antes de que se alcance la máxima temperatura admisible por el conductor. Para ello, se deberán cumplir 2 condiciones:

Primera Condición a Sobrecargas del Interruptor Automático

La intensidad nominal I_n del IA debe ser mayor o igual a la intensidad que circula por la línea I (corriente de empleo, uso o utilización). Además, la intensidad máxima admisible del conductor en tablas I_Z debe ser mayor o igual a la intensidad nominal I_n, es decir:

Segunda Condición a Sobrecargas del Interruptor Automático

La corriente I₂ que asegura la actuación del IA para el tiempo convencional (según normas) debe ser inferior a 1,45 veces la intensidad admisible del conductor en tablas I_Z, es decir:

El valor I₂ puede leerse en las especificaciones del fabricante. Para el caso específico de los IA modulares (PIAs o magnetotérmicos) este valor es siempre de I₂ = 1,45 · I_n. Para IA industriales es I₂ = 1,30 · I_n. Nos centraremos en los magnetotérmicos.

Para el caso de los magnetotérmicos, si sustituimos el valor de I₂ = 1,45 · I_n, esta 2ª condición se reduce a la 1ª:

NOTA: I_Z es la intensidad máxima admisible del conductor, que para instalaciones no enterradas, corresponde a la tabla de instalación interior de la ITC-BT-19 del REBT.

Por tanto, para protección a sobrecargas con IA magnetotérmicos, se aplica solo la 1ª condición:

Protección a Cortocircuitos del Interruptor Automático

El interruptor automático protegerá de cortocircuitos siempre que desconecte antes de que la instalación resulte dañada por efecto térmico o electrodinámico. Se cumplirán 2 condiciones:

Primera Condición a Cortocircuitos del Interruptor Automático

Se comprobará que el IA tenga poder de corte PdC suficiente. Así, para que un IA asegure protección a cortocircuitos, su poder de corte será como mínimo igual a la corriente de cortocircuito máxima I_ccmáx supuesta en el punto donde está instalado.

La corriente de cortocircuito máxima I_ccmáx es la que se produce en el punto de instalación del IA o en el inicio de la línea que protege. En caso de IA trifásico se supone un cortocircuito tripolar en ese punto (L-L-L). En caso de IA monofásico se supone un cortocircuito monofásico (L-N).

Además, se considerará que los cables estarán provocando la menor resistencia posible al paso de la corriente de cortocircuito. Se suele considerar la resistividad de los conductores a 20ºC.

NOTA: Se admiten dispositivos de poder de corte PdC inferior a la corriente de cortocircuito I_ccmáx si otro aparato instalado aguas arriba tiene un poder de corte suficiente. Por ejemplo, si el PdC = 6 kA, podríamos poner el interruptor general automático (IGA) de 6 kA y los demás PIAs de 4,5 kA.

Segunda Condición a Cortocircuitos del Interruptor Automático

El tiempo de corte de la corriente de cortocircuito en un punto cualquiera del circuito no debe ser superior al tiempo que los conductores tardan en alcanzar su temperatura límite admisible. Esta condición se puede transformar, en el caso del IA, en la condición siguiente:

La corriente de cortocircuito mínima I_ccmín es la que se produce en el punto más alejado de la línea que protege el IA. Tanto para el caso de IA trifásico como monofásico se supone un cortocircuito monofásico (L-N).

Además, se considerará que los cables estarán provocando la mayor resistencia posible al paso de la corriente de cortocircuito. Se suele considerar la resistividad de los conductores a 70ºC o a 90ºC (según el tipo de aislante).

La segunda condición establece que la corriente mínima de cortocircuito I_ccmín no debe ser demasiado baja. Debe ser mayor que la corriente que activa el disparo magnético I_mag. En instalaciones muy largas, la corriente de cortocircuito puede disminuir considerablemente.

Para mayor seguridad debería tomarse el valor mayor de I_mag de la curva del IA, es decir, el umbral de disparo seguro (según GUÍA-BT-22). Por ejemplo: para un IA de uso doméstico con curva C, se tiene I_mag = 10 I_n.

Ejercicios Resueltos del Interruptor Automático: Protección a Sobrecargas y Cortocircuitos

A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos del interruptor automático para saber si protege la instalación de forma correcta contra sobrecargas y cortocircuitos:

Selectividad del Interruptor Automático

La selectividad se consigue cuando se dispara el dispositivo de la zona afectada, de tal forma que un fallo en un circuito determinado no afecte al resto de la instalación. De esta forma, se mantiene así el resto de los circuitos funcionando con total normalidad.

Por tanto, la selectividad asegura que la apertura del IA se produzca en aquel que está situado más próximo al defecto, es decir, el que esté situado aguas más abajo de la zona donde se produce. Generalmente se pretende que la condición anterior se produzca para todos los valores de corriente (selectividad total), tanto para sobrecargas como cortocircuitos.

En la figura anterior se observa que el interruptor que está aguas abajo (I.A. B) cortará el circuito en un tiempo inferior al de aguas arriba (I.A. A) para una misma sobreintensidad.

Hay 2 formas de conseguir la selectividad en los interruptores automáticos: selectividad por intensidad o selectividad por tiempo.

Selectividad por Intensidad

La selectividad por intensidad se consigue utilizando el IA ubicado aguas arriba con una intensidad superior a los IA ubicados aguas abajo.

Para que haya selectividad por intensidad se deben cumplir las siguientes condiciones:

1º)  En sobrecarga, hay selectividad cuando el calibre del IA aguas arriba es superior al del IA situado aguas abajo.

2º)  En el caso de cortocircuito, hay selectividad si la relación entre las corrientes de disparo magnético I_mag del IA aguas arriba y el IA aguas abajo es igual o superior a 1,5.

Selectividad por Tiempo o Cronométrica

Cuando se produce un cortocircuito las intensidades son tan elevadas que normalmente se supera la corriente de disparo magnético I_mag de los IA conectados en serie, por lo que todos tenderían a abrir.

En este tipo de casos, la selectividad se consigue seleccionando un IA aguas arriba con un retardo en el disparo. Con esto se consigue que el IA conectado aguas abajo tenga tiempo suficiente para desconectar su circuito sin que afecte al resto de la instalación.

Ejercicio Resuelto del Interruptor Automático: Selectividad

A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto del interruptor automático para saber si existe selectividad:

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