Criterios de selección interruptores, protecciones o disyuntores eléctricos

La mayoría de los diseñadores tienen una idea bastante clara de qué es un interruptor o protección eléctrica y qué hace; si necesita una actualización, aquí hay una definición rápida.

Un interruptor de circuito es un interruptor eléctrico operado automáticamente diseñado para proteger un circuito eléctrico del daño causado por sobrecarga, cortocircuito o falla a tierra. Detecta una condición de falla e interrumpe el flujo de corriente.

Especificar el interruptor correcto al principio del proceso de diseño puede conducir a un diseño más robusto, evitar rediseños, disminuir los costos de desarrollo y agregar valor al producto final. Parece bastante simple, ¿verdad? Pero seleccionar el mejor interruptor de circuito para su aplicación es un proceso de varios pasos.

Los parámetros funcionales básicos (voltaje, corriente y número de polos) son solo el comienzo. Para refinar su selección, debe tener en cuenta los factores mecánicos y ambientales, los asuntos reglamentarios y de seguridad, las limitaciones de tamaño, costo y más.

Comencemos con una revisión de los parámetros clave del interruptor automático. Hay varias opciones de tecnología disponibles para cumplir con la función del interruptor automático, cada una con características de rendimiento ligeramente diferentes. La Tabla 1 brinda una visión general de cinco tipos de disyuntores; Dependiendo de sus requisitos precisos, varios tipos pueden ser adecuados para su aplicación.

Los interruptores de circuito que utilizan diferentes tecnologías exhibirán características de rendimiento sutilmente diferentes bajo condiciones de sobrecarga. La figura 1 muestra estas variaciones. El eje horizontal (corriente) muestra múltiplos de la clasificación de corriente continua para el interruptor; el eje vertical (tiempo) muestra cuánto tiempo le tomará al interruptor de circuito disparar a la corriente dada. El ancho de las curvas indica tolerancias típicas. Se recomienda que consulte la hoja de datos de cada interruptor para obtener más información.

CB TipoPrincipio de funcionamientoAplicaciones Típicas
Termico (TO)Actuador térmico y pestillo mecánico; discrimina entre picos de corriente temporales y sobrecargas prolongadasMotores, transformadores, solenoides, cableado LV
Magnético (MO)Solenoide (electroimán) que libera el pestillo y los contactos del breaker cuando la corriente excede el nivel nominal.Telecomunicaciones, control de procesos, otras aplicaciones de precisión
Térmico-Magnético (TM)Solenoide en serie con un actuador térmico bimetálico, que proporciona característica de tiempo / corriente de 2 pasos.

Un valor alto de sobrecorriente hace que el solenoide active el mecanismo de liberación rápidamente; el mecanismo térmico resuelve las sobrecargas de bajo valor proporcional.

Telecomunicaciones, control de procesos, otras aplicaciones de precisión
Magnetic-Hydraulic (HM)Solenoide más retardado en tiempo por sistema hidráulico: el fluido viscoso restringe la velocidad de movimiento del solenoide y evita el disparo durante condiciones de sobrecarga momentáneaPlaca de circuito impreso y protección de semiconductores de potencia
Alto rendimientoTipos TO o TM con alta capacidad de ruptura diseñada para aplicaciones de seguridad críticaAeroespacial, militar
ElectrónicoMedida de corriente con sensor de corriente integral. Para sobrecargas, limitación de corriente electrónica seguido por desconexión, para cortocircuito, desconexión en 10-100ms.Automatización, control de procesos, sistemas de comunicación

Tabla 1. tecnologías de disyuntores. (Fuente: Disyuntores ETA)

Tipos de disyuntores

Figura 1: rendimiento característico de la tecnología de interruptor automático. (Fuente: Disyuntores ETA)

Factores de derrateo:

Las especificaciones de un interruptor de circuito solo son válidas bajo las condiciones indicadas en la hoja de datos; una frecuencia de 60 Hz en un entorno al aire libre a 40ºC ambiente, por ejemplo. Si las condiciones del mundo real difieren de aquellas bajo las cuales se derivaron las especificaciones, se deben aplicar factores de reducción (vea la Fig. 2 ).

Por ejemplo, los interruptores automáticos con elementos de disparo térmico no compensados ​​tienen un nivel de corriente de disparo que depende de la temperatura ambiente. Si el interruptor de circuito está instalado en un gabinete, o en un lugar caliente como una sala de calderas, se reducirá la corriente requerida para disparar el interruptor de circuito en caso de sobrecarga; lo contrario se aplica a bajas temperaturas.

Figura 2 tabla de reducción de temperatura típica.

Figura 2: tabla de reducción de temperatura típica. (Fuente: Disyuntores ETA)

De manera similar, la operación a frecuencias más altas o más bajas que las especificadas también puede requerir la modificación de la especificación. Por un lado, las corrientes parásitas y las pérdidas de hierro en la frecuencia más alta causan un mayor calentamiento dentro de los componentes de disparo térmico, lo que requiere que se reduzca la potencia del interruptor. En el extremo inferior, incluso la operación de CC puede causar problemas con la extinción del arco que se produce cuando los contactos se separan en aplicaciones de alta corriente.

En general, cualquier condición de operación inusual puede requerir la modificación de los parámetros de la hoja de datos o disposiciones especiales de diseño si el interruptor de circuito debe funcionar como se espera. Además de los ya discutidos, tales condiciones pueden incluir corrosión, humedad, golpes y vibraciones mecánicas, altitud y quizás incluso una posición de montaje. Los fabricantes de interruptores de circuito brindan tablas de reducción y pautas de operación para ayudarlo en esta tarea. En caso de duda, consulte a los expertos en la fábrica.

Tamaño e instalacion:

Los interruptores automáticos vienen en una variedad de tamaños y configuraciones de montaje para uso en placas de circuitos impresos, bastidores y paneles, hasta instalaciones altamente especializadas para el uso de redes eléctricas de alta tensión.

Normas y certificaciones:

Dado que los interruptores automáticos desempeñan una función relacionada con la seguridad, existen numerosos estándares emitidos por varias agencias reguladoras. Algunos de los principales se muestran en la Tabla 2 . Además, muchas aplicaciones, especialmente aeroespacial, automotriz y militar, tienen sus propios requisitos de prueba y calificación.

estandares interruptores

Tabla 2: Algunos estándares reguladores de breakers aplicables. (Fuente: EEWordsmith)

Procedimiento de selección paso a paso:

Ahora que hemos revisado la tecnología y algunos de los problemas de diseño relevantes, siga el procedimiento que se detalla a continuación para asegurarse de elegir la mejor solución de protección de circuito para su diseño. Antes que nada, asegúrese de enumerar todas las características y parámetros clave requeridos. Muchos fabricantes tienen guías de selección interactivas para ayudarlo a reducir las opciones; se recomienda consultar sus sitios web.

Paso 1: Parámetros eléctricos básicos

a) ¿Cuál es el voltaje? ¿Es AC o DC? Si es AC, ¿qué frecuencia?

b) ¿Cuál es la corriente de carga normal? Corriente que conducira?

c) Número de polos y tipo: normalmente abierto (N / O) o normalmente cerrado (N / C)?

d) ¿Se necesitan contactos auxiliares eléctricamente separados? N / O o N / C?

e) Característica de disparo requerida (ver curvas de tiempo / corriente más arriba)

Paso 2: Otras características requeridas

a) Factor de forma mecánica (por ejemplo, raíl DIN, montaje en panel, independiente, etc.) o restricción de tamaño?

b) Método de conexión? (por ejemplo, terminales de cuchilla, espárrago o tornillo, conectores redondos o pasadores de soldadura)

c) ¿Se requieren características adicionales? (por ejemplo, un disparo manual, reinicio manual o automático, detección de falla de arco, detección de falla a tierra)

Paso 3: consideraciones operacionales

a) Condiciones ambientales (temperatura máxima de funcionamiento, choque, vibración, altitud, corrosión, radiación ionizante, etc.)

b) Aprobaciones de seguridad requeridas

c) Requisitos específicos de la industria (por ejemplo, automotriz, aviación, médica, operación peligrosa, MIL STD, etc.)

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