Porque se calculan los breakers o disyuntores al 125% de la corriente

En este articulo mostrare porque la norma NTC2050 (Norma colombiana desactualizada con respecto a la NEC) y NEC 2017, recomiendan que las protecciones eléctricas, breakers o disyuntores se dimensionen al 100% de la carga no continua + el 125% de la carga continua.

Actualizo este articulo debido a que se ha creado una controversia acerca de si usar breaker (Protecciones eléctricas) con el 100% de la corriente continua o con el 125% de la corriente continua. En este articulo explico porque la NEC 2017 recomienda que los breakers se dimensionen al 125% de la carga continua y en que ocasiones muy particulares se podrá utilizar breakers con el 100% de la carga continua.

Menciono normas que afirman lo que expreso en el articulo…espero dar  suficiente claridad. Como siempre he dicho en las normas lo importante son los detalles.


Un disyuntor, breaker o protección eléctrica termo-magnética, está diseñado y evaluado para transportar el 100% de su corriente nominal durante un período indefinido de tiempo, bajo condiciones estandares (Underwriters Laboratories (UL) 489 Norma de seguridad para los disyuntores o breakers de caja moldeada (MCCB) y CB).

Las anteriores pruebas incluyen instalar al aire libre los disyuntores o breakers, es decir, sin un recinto, donde la temperatura ambiente se mantiene a 40ºC (aprox. 104ºF).

Bajo las anteriores condiciones, se requiere que los disyuntores o breakers de caja moldeada no se disparen a la corriente nominal. Sin embargo, comúnmente los disyuntores o breakers se diseñan frecuentemente al 80% de su corriente nominal bajo NEC Sec. 384 – 16 (c), por que?

Para un típico disyuntor, breaker o protección eléctrica termo-magnética, las curvas publicadas por el fabricante indicarán el tiempo que tardan en disparar frente a sobrecargas dependiendo de la temperatura, sin embargo esta condición mostrada por el fabricante no tiene en cuenta la acumulación de calor alrededor de la trayectoria de corriente dentro del tablero, breaker o disyuntor, así como a lo largo de los conductores eléctricos.

Este calor (generado por el flujo de corriente) es en realidad lo que hace que el breaker o disyuntor se dispare, lo cual indica que no es solamante la magnitud del flujo de corriente la que produce el disparo.

Se dice que esta porción de la curva tiene una característica de tiempo inverso, lo que significa que el breaker o disyuntor se disparará en menos tiempo a niveles más altos de flujo de corriente.

Dado que tanto el breaker o disyuntor como el conductor reaccionan al calor, la temperatura de funcionamiento global del equipo se convierte en un factor importante en el dimensionamiento de un breaker o disyuntor cuando esta en una caja.

Otros factores que pueden afectar esta temperatura de funcionamiento incluyen:

• Tamaño y ubicación de la caja o tablero.
• Más de un dispositivo, alojado en la misma caja o tablero.
• Nivel de corriente que cada dispositivo lleva.
• Condiciones ambientales en el área del equipo.

El problema con las cargas continuas es el calor que se genera tanto en los conductores como en los terminales donde los conductores están conectados. El calor se produce cada vez que la corriente fluye a través de los conductores y a través de los terminales; pero, si los conductores tienen el tamaño correcto y las cargas no funcionan continuamente, el calor producido es insignificante.

Sin embargo, cuanto más tiempo fluye la corriente a través de un conductor o a través de los terminales donde está conectado, más se calientan.

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El NEC ha encontrado que las cargas operadas durante 3 horas o más provocan un calentamiento significativo que afecta negativamente a los conductores, terminaciones y dispositivos de sobrecorriente. Al aumentar el amperaje de los dispositivos de sobrecorriente y la capacidad máxima de los conductores para cargas continuas en un 125%, se compensa la acumulación de calor en los terminales del dispositivo de sobreintensidad.

Los interruptores, disyuntores, breakers o protecciones de circuito son dispositivos térmicos-magnéticos; y, el aumento de calor en los terminales del interruptor puede hacer que un interruptor se dispare a una corriente por debajo del amperaje del interruptor. Un interruptor más grande compensará la acumulación de calor de cargas continuas al tener un punto de disparo térmico más alto. La configuración térmica de un interruptor de circuito es para proteger el circuito de sobrecargas, no de cortocircuitos. El calor adicional en los terminales del interruptor engañará al interruptor haciéndole creer que hay una sobrecarga en el sistema y provocará un disparo molesto.

El NEC requiere que los conductores para carga continua estén clasificados para el 125% de la corriente nominal de la carga. Aumentar la ampacidad de los conductores para cargas continuas ayuda a reducir la acumulación de calor en los terminales de un dispositivo de sobrecorriente. El conductor actúa como un disipador de calor y aleja el calor de los terminales del interruptor y reduce el disparo molesto causado por la acumulación térmica dentro del interruptor.

Lo anterior significa que el simple diseño de un breaker o disyuntor para soportar el 100% de su corriente nominal sólo controla parte del problema y por tanto el equipo debe ser capaz de sostener de manera segura el calor generado por todas las fuentes sin embargo para asegurar su funcionamiento la NEC aplica el factor de seguridad de 125% para cargas continuas + el 100% para cargas no continuas.

El Articulo 210.20 de la NEC expresa lo siguiente

«210.20 Protección contra sobrecorriente. Los conductores y equipos de circuitos derivados deben estar protegidos por dispositivos de protección contra sobrecorriente que tengan una clasificación o configuración que cumpla con 210.20 (A) a (D).
(A) Cargas continuas y no continuas. Cuando un circuito derivado suministra cargas continuas o cualquier combinación de cargas continuas y no continuas, la clasificación del dispositivo de sobrecorriente no debe ser inferior a la carga no continua más el 125 por ciento de la carga continua.

Excepción: cuando el ensamblaje (Tablero, cuadro de distribución, gabinete etc), incluidos los dispositivos de sobrecorriente que protegen el circuito o los circuitos derivados, se encuentran certificados para operación al 100 por ciento de su corriente, se debe permitir que la clasificación de amperaje del dispositivo de sobrecorriente no sea menor que la suma de la carga continua más la carga no continua.

Según lo anterior un tablero o encerramiento eléctrico y dispositivo de sobrecorriente, disyuntor o breaker que protege cargas continuas y no continuas debe tener una capacidad no menor a la suma del 100% por ciento de las  Cargas no continuas más el 125% por ciento de la carga continua, según el articulo 210-202 de la NEC. Ojo!!!! no es solo la protección es también el tablero eléctrico el que deberá estar certificado.

Debido a que comúnmente no sabemos con exactitud si las cargas a conectar son continuas o no continuas, se toma la peor condición, ósea que se asume que las cargas son continuas, aplicando el 125% de la corriente nominal para calcular la protección.

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Si por el contrario sabemos cual carga es continua y cual no, debemos aplicar el 100% de la corriente para carga no continua mas el 125% de la carga continua, ver el próximo ejemplo:

Determinar el tamaño mínimo de la protección (Breaker) y el conductor eléctrico para el siguiente circuito:

  • 8 Amperios de corriente para carga continua (Diferente a corriente continua DC)
  • 10 Amperios de corriente para carga No continua
  • Protección (Breaker) derrateada a 75°C
  • Tipo de aislamiento THWN-THHN
ejemplo calculo proteccion breaker de carga continua 125%
Figura 1

Rta:  Se debe sumar la corriente continua x125% mas la corriente No continua x 100%, 8Ax125%+10Ax100% lo cual dará como resultado 20A, con este dato deducimos que se requiere una protección, disyuntor o breaker de 20A y un cable No 12AWG, el cual conducirá 25A a 75°C, para mejorar entendimiento ver la Figura 1.

Excepción: Existen casos en que la protección pueda conducir el 100% de la corriente continua, por lo tanto en estos casos se podrá utilizar el 100% de la corriente continua mas en 100% de la corriente no continua. Si se va a utilizar este caso se debe certificar por el fabricante que la protección y el encerramiento es capaz de conducir el 100% de la corriente continua, ojo!!!! cuando se utilice esta excepción se debe estar muy seguro de las certificaciones de los productos.

 

Cuando se podrá utilizar breakers o protecciones eléctricas con el 100% de la carga continua.

Tenemos claro que el conductor siempre se selecciona al 125% de la carga continua +  el 100% de la carga no continua, pero la inquietud y discusión siempre esta en la protección o breaker, tengamos presente que la protección (OCPD ) se selecciona para garantizar la protección del conductor. La excepción que permite dimensionar el OCPD para el 100% de la carga continua más la carga no continua dice lo siguiente:

«Excepción: Cuando el ensamblaje, incluidos los dispositivos de sobrecorriente que protegen el circuito o los circuitos derivados, se certifiquen para funcionar al 100 por ciento de su corriente, se debe permitir que el dispositivo de sobrecorriente no sea menor que la suma de la carga continua más la Carga no continua. «.

Estas palabras o similares, se pueden encontrar en cada uno de los artículos clave mencionados anteriormente para circuitos, alimentadores y servicios derivados. Observe que la excepción se refiere al OCPD (Breaker o protección) y al ensamblaje en el que están instalados. Por lo tanto, es importante entender cómo se prueba un OCPD según su listado UL.

El siguiente texto está tomado de la norma UL 489, Interruptores automáticos de caja moldeada y recintos de interruptores automáticos.

“9.1.4.4 Un disyuntor (Interruptor), con un frame de 250 A o mayor, o de polos múltiples de cualquier amperaje nominal y de más de 250 V; y destinado a la operación continua al 100 por ciento de la clasificación, debe estar marcado: «Adecuado para la operación continua al 100 por ciento de la calificación solo si se usa en un tipo de caja de interruptor (Cat. No.) ____ o en un espacio de ___ by ___ by ___ mm (pulgadas) ” Ver figura 1. Se permitirá el equivalente. Los espacios en blanco se deben completar con las dimensiones mínimas. «

ejemplo uso breaker al 100%
Figura 1. Ejemplo uso breaker al 100%

Los anteriores párrafos nos da algunos detalles importantes.

  1. Las soluciones certificadas al 100% de la corriente  para un interruptor tendrán un tamaño de frame no menor a 250 amperios y 250 voltios o menos, o cualquier tamaño de caja para interruptor multipolar con un voltaje mayor a 250 V. Aplicaciones donde el tamaño de frame de OCPD (Proteccion o breaker) es menor a 250 amperios y 250 voltios y menos deben utilizar los interruptores automáticos al 80% de su corriente (excepto la protección contra sobrecarga de motores). 
  2. El disyuntor o breakers se marcará con un número de catálogo de gabinete específico o dimensiones mínimas del gabinete. Esto nos dice que no podemos simplemente intercambiar un interruptor automático con uno que esté certificado para manejar el 100% de su corriente nominal en cargas continuas; Se debe tener en cuenta en qué gabinete se instala el dispositivo. No siempre es posible reemplazar un disyuntor de clasificación estándar con un disyuntor clasificado al 100% y obtener una calificación del 100% para la aplicación.
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También hay requisitos que se aplican al gabinete para equipos certificados al 100%, como se demuestra en la Sección 7.1.4.1.19 de UL 489, que establece lo siguiente:

“7.1.4.1.19 Para la prueba de certificacion del 100 por ciento, un interruptor de circuito debe estar conectado con barras de bus de cobre si el interruptor de circuito está diseñado para su uso con bus de barras y terminales de cableado. A menos que el disyuntor esté marcado para indicar lo contrario, las barras colectoras deberán tener una sección transversal de 1.55 A / mm2 (1000 A / in2) para corrientes menores a 1600 A. Para corrientes de 1600 A y superiores, la barra colectora deberá estar de acuerdo con la Tabla 7.1.4.1.3. Si el disyuntor o interruptor está diseñado solo para su uso con terminales de cableado, la prueba se realizará con conductores aislados, como se especifica en 7.1.4.1.15. Las barras o el cable deben tener una longitud de al menos 1.219 m (4 pies). «Se debe permitir que la prueba se repita usando un cable aislado para un interruptor de circuito diseñado para su uso con bus  barras y terminales de cableado».

No solo el material de las barras de distribución, sino también las dimensiones son específicas para estas aplicaciones. Los fabricantes ayudarán con lo que se puede y no se puede lograr con su equipo. Es importante no violar el certificado de cada solución eléctrica (Protección, tablero, tipo de conexión) y, como siempre, los errores están en los detalles con respecto a esto.

Vídeo explicación breaker 80% o 100% corriente por Square D by Schneider

En el video anterior se muestra la siguiente frase: «100% rated circuit breaker selection REQUIERES circuit breaker AND enclosure selection criteria», donde se expresa que tanto el breaker como el ensamblaje deberán estar certificados para manejar el 100% de la corriente.

Tener capacidad de corriente de breakers al 80% es similar a un 125%, Ejemplo: se tiene una carga continua de 100A, la protección deberá ser un 125% por encima osea 125A, esto es lo mismo que un 80%, en este ultimo caso significa que debo usar una protección de 125A pero que trabaje al 80% osea que tendríamos una protección de 125A trabajando para 100A.

Carga continua según la NTC2005 y la NEC

En el artículo 100, la NEC/NTC2050 define una carga continua como «una carga en la que se espera que la corriente máxima continúe durante 3 horas o más. Por lo tanto, es fundamental entender que se trata de una carga a su máxima corriente, sin interrupción durante al menos 3 horas.

34 comentarios en “Porque se calculan los breakers o disyuntores al 125% de la corriente”

  1. Otra pregunta respecto a mi comentarios es ¿qué pasa en el caso de sobrecarga? si el interruptor es tipo IEC estos están diseñados para ver una sobrecarga como una sobrecorriente entre 10% al 30%, cuando aplico el 125% a un interruptor tipo IEC ¿no esto corriendo estos rangos de sobre carga respecto a lo nominal?

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    • Buenos días, es de aclarar que la norma NEC esta hecha para productos de estados Unidos y se aplicaran a productos de ese país (existente algunas excepciones). Por lo tanto las protecciones que no estén bajo los parámetros de Estados unidos (UL, NEC etc) podrían tener comportamientos que no se ajusten al NEC.

      En conclusión si se usa la NEC se utilizan productos NEC, si se usa la IEC se usan productos IEC.

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  2. Tengo un pdf del fabricante EATON donde tratan este tema del 100% y 125% a los termomagnéticos, en este mencionan el numeral que cita Andrés de la UL, pero no hacen una interpretación de que si es menor de 250A la protección se deben dimensionar al 80% (corrijo lo del anterior comentario) , si mal no entiendo creo que quieren decir que a partir de 250A el rótulo del interruptor debe informar el tamaño del gabinete como límite para garantizar que opere al 100% de su capacidad, si hay alguna manera de compartir el pdf (en inglés) me comentan para que podamos seguir revisando el tema. Por otra parte está otro punto, para el NEC un cortocircuito es 6 veces la In (corriente nominal), para la IEC un cortocircuito es 3, 5, 10 y hasta 20 veces la In (interruptores curva B, C, D y Z según tengo entendido), la pregunta: si yo aplico a la carga el 125% para dimensionar el termomagnético usando un interruptor curva C tipo IEC cuyo disparo se supone se dará cuando vea 5 veces la corriente nominal, ¿en que tiempo se dispara ese interruptor al 125% cuando se presente u cortocircuito?

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  3. Tengo un pdf del fabricante EATON donde trata este tema del 100% y 125% para interruptores termomagneticos, en ese mismo citan la UL que menciona Andrés en su artículo, pero no mencionan que para menos de 250A se deben dimensionar al 80%, me parece que por arriba de 250A esmandatorio especificar en el rotulado las dimensiones del gabinete para que pueda cumplir la aplicación de operar al 100%, no alcanzo a interpretar que menores a 250A deben usarse al 80%, si hay alguna manera de compartí el pdf (en inglés) sería bueno para que todos aporten, me sigue llamando la atención el debate si revisamos que ocurre con los interruptores tipo IEC, ya que el NEC toma un cortocircuito como 6 veces la In (corriente nominal), y para la IEC un cortocircuito puede ser entre 3, 5, 10 y 20 veces la corriente nominal (curvas interruptores tipo B, C, D y Z si no estoy mal), si a la corriente nominal de la carga le aplico el 125% para dimensionar el termomagnetico y el interruptor es tipo IEC curva C, en que tiempo se dispara el interruptor?

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  4. Andres, buenas tardes, tendras algun pdf que me puedas facilitar para orientación de inicio en ejercicios de diseño y calculo de una instalacion electrica residencial o una de un tablero de varios motores… espara saber por donde empezar el la documentacion y el calculo de una instalacion electrica segun la ntc 2050 o retie o NEC2017. mi correo es robert.tejeda@hotmail.es

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