INGENIERIA ELECTRICA: PROYECTOS Y DISEÑOS: INTERRUPTORES TERMOMAGNETICOS y SELECTIVIDAD

Interruptor Termo-magnético.

Los interruptores automáticos termo-magnéticos son dispositivos diseñados para la protección de conductores y aparatos que deban ser preservados contra sobrecargas eléctricas y cortocircuitos.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Veremos a continuación, los distintos elementos que componen internamente un interruptor termo-magnético, y como es su funcionamiento.

CORTE INTERNO DE UN
INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

- La protección contra sobrecargas se efectúa a través de la lamina bimetálica (A).

- La protección contra cortocircuitos la proporciona el dispositivo magnético (B).

- El disparo térmico se efectúa a través del bimetal, que es ajustado por medio del tornillo (C) de forma que el bimetal, al paso de la corriente, se calienta produciéndose un pandeo, que al llegar a determinados valores actúa sobre el mecanismo de contacto móvil (D), dando lugar a la desconexión del interruptor.

- La desconexión magnética se regula a través del muelle interno de la bobina (B) y tiene lugar por medio del inducido (E), de forma tal que cuando la fuerza de atracción de la bobina (B) es suficientemente grande, el inducido (E) se desplaza venciendo la resistencia del muelle y actúa sobre el mecanismo de contacto móvil produciendo la desconexión del interruptor.

- La apertura del interruptor (F) y la extinción del arco eléctrico (G) se realizan en cortocircuito con un tiempo inferior a 10 milisegundos. Esta alta velocidad de respuesta garantiza la seguridad en las instalaciones a proteger.

ELECCION DEL INTERRUPTOR EN FUNCION DE LA LINEA

El interruptor automático debe impedir que la intensidad que circula por la línea supere los valores máximos admisibles por los conductores. Estos valores máximos depende de:

· La naturaleza de los conductores.

· La sección de los conductores.

· El tipo de aislamiento) goma, PRC, PVC, etc.).

· Las condiciones de colocación (al aire, empotrados, enterrados, etc.)

· El número de conductores con carga en una canalización.

· La temperatura.

Para determinar la corriente máxima admisible de un conductor eléctrico, habría que calcularlo de acuerdo las formulas existentes y a los datos suministrados por el fabricante del mismo (ver calculo de líneas).

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA AMBIENTE

La misma, afecta las características de desconexión de los interruptores termo-magnéticos.

La actuación térmica esta calibrada para una temperatura ambiente de 30 + 5 ºC. (Según IEC 898). En caso de temperaturas diferentes, la capacidad de carga varía según el gráfico y atenderá a los siguientes criterios:

Se reduce si la temperatura es mayor
Se incrementa si la temperatura es menor.

Este valor habrá de tenerse en cuenta a la hora de elegir la intensidad nominal de un interruptor para condiciones de operación a temperaturas diferentes a 30 + 5 ºC.

EJEMPLO:
Para un interruptor LH de 20 AMPS., de capacidad nominal y bajo una temperatura ambiente de 40 ºC., la corriente nominal de utilización queda reducida a:

I = In x Kth = 20Amps.x 0.95 = 19 Amps.

INFLUENCIA DE LA FRECUENCIA

Los valores de disparo magnético de los interruptores termo-magneticos son validos para corriente alterna de 50/60Hz.

Una variación en la frecuencia de la corriente lleva consigo una modificación en los valores de disparo magnético.

Por temido medio, para unas frecuencias de 100, 200 y 400 Hz., los valores de disparo magnético se incrementan aproximadamente en un 10, 20 y 40 % respectivamente.

Las características de disparo térmico permanecen inalterables ante variaciones de la frecuencia.

INFLUENCIA DEL TIPO DE MONTAJE

Varios interruptores automáticos en operación simultánea, adosados y dentro de un gabinete o caja de distribución, se produce un incremento de la temperatura que obliga a una disminución en la intensidad de empleo. En función de la cantidad de aparatos colocada, se habrá de corregir el valor de la intensidad multiplicándolo por un coeficiente KN tal y como se indica en el gráfico adjunto.

EJEMPLO:

Para 4 interruptores tipo LH de 80 A. adosados, la corriente de empleo máxima será:

I = In x KN = 80 x 0,80 = 64 A.

EMPLEO EN CORRIENTE CONTINUA

La utilización en corriente continua de interruptores termo-magnéticos estándar presentan las siguientes peculiaridades:

Las características térmicas son similares a las de corriente alterna.
La corriente necesaria para efectuar el disparo magnético se ve incrementada en función de la raíz cuadrada de 2, es decir:
La capacidad de ruptura no varía.

La tensión de utilización desciende y es función del número de polos de serie empleados, según la tabla 1.

Tipo de Interruptor	1 Polo	2 Polos en serie
PoLS, L, LXST LH	Máx. 40 Vcc. Máx. 48 Vcc. Máx. 60 Vcc.	Máx. 80 Vcc. Máx. 11Vcc. Máx. 120 Vcc.

Por encima de los valores descritos en la tabla anterior, o para protección específica, se recomienda usar los interruptores termo-magneticos polarizados cuya tensión de utilización puede llegar a ser de hasta 250 Vcc. por polo.

SELECTIVIDAD
Se utiliza esta técnica para mejorar la fiabilidad de un sistema de distribución haciendo intervenir únicamente la protección situada inmediatamente aguas arriba del defecto sin perturbar así las otras líneas.

En la figura podemos observar un ejemplo:

Se produce un cortocircuito en el interruptor E.

El interruptor A permanece cerrado.

Desconecta exclusivamente el interruptor E, asegurándose la alimentación de B, C y D.
Selectividad Total
Existe selectividad total entre dos dispositivos de protección cuando, para toda corriente de defecto inferior o igual al poder de corte del dispositivo aguas abajo, interviene solamente éste en la apertura del cortocircuito.

En el caso concreto de dos interruptores automáticos, se consigue selectividad total cuando la energía de paso limitada por el interruptor aguas abajo es siempre inferior a la energía de no desconexión del interruptor aguas arriba.

Selectividad Parcial
Existe selectividad total entre dos dispositivos de protección cuando, para toda corriente de defecto inferior o igual al poder de corte del dispositivo aguas abajo, interviene solamente éste en la apertura del cortocircuito.

En el caso de dos interruptores automáticos, la selectividad parcial se produce cuando la energía de paso limitada por el interruptor aguas abajo es inferior, solo hasta un cierto valor (corriente limite de selectividad), a la energía de no intervención del interruptor aguas arriba.

OTRAS TECNICAS PARA EL ESTUDIO DE SELECTIVIDADES
Teniendo en cuenta que, para una misma tensión, los dos factores que intervienen en la apertura de una corriente de defecto son el propio valor de esa corriente y el tiempo de corte, se puede estudiar la selectividad desde ambos puntos de vista.

· Discriminación en Corriente:
Comparando el pico de corriente de limitación del interruptor aguas abajo con el ajuste magnético del interruptor aguas arriba.

· Discriminación en Tiempo:
Comparando el tiempo total de apertura del interruptor aguas abajo con el tiempo de detección del interruptor aguas arriba.

COORDINACION EN SERIE (CASCADA o FILIACION)

La coordinación en serie, también denominada protección en cascada o filiación, es una técnica que permite utilizar, aguas abajo, un dispositivo de protección con un poder de corte inferior a la corriente prevista de cortocircuito en el punto donde se ha instalado, con tal de que aguas arriba se disponga de otro dispositivo que, con el poder de corte requerido, deje pasar una energía soportable por el dispositivo situado aguas abajo.

Mediante esta técnica se logra una instalación mucho más económica, ya que el dimensionamiento de los interruptores aguas abajo puede ser inferior a los requerimientos iníciales.

EJEMPLO:

Dado el circuito de la figura derecha, veremos lo que sucede en el mismo en caso de un cortocircuito en el interruptor 2. En la figura de la izquierda se pueden observar las formas de ondas teóricas para una coordinación en serie que representan a las utilizadas en el circuito de la derecha.