Toda instalación eléctrica deberá contar obligatoriamente de dispositivos de protección eléctrica. En las instalaciones de baja tensión es el reglamento REBT el que indica las condiciones que se deben cumplir en lo relativo a protección. Dentro de los dispositivos de protección eléctrica más comunes uno de ellos es: 2> Interruptor automático magneto-térmico
Tipos de dispositivos de protección eléctrica:
1> Fusibles
2> Interruptor automático térmico
3> Interruptor automático magneto-térmico
4> Interruptor Diferencial (ID)
5> Dispositivos Diferenciales Residuales (DDR)
6> Protección de tensión
7> Sistema de protección de tierra
3> Interruptor automático magneto-térmico
¿Qué es un Interruptor Magnetotérmico?
Un magnetotérmico es un dispositivo de protección de las instalaciones eléctricas y sus receptores frente a sobreintensidades y frente a cortocircuitos eléctricos.
Corta la corriente o intensidad en tiempos lo suficientemente cortos como para no perjudicar ni a la red o instalación ni a los aparatos asociados a ella.
Se utilizan en lugar de los fusibles ya que tienen como ventaja que no hay que sustituirlos por uno nuevo cuando se funden.
Cuando el PIA salta (abre el circuito) por alguna sobrecarga o cortocircuito, una palanca de accionamiento baja.
Una vez reparada la avería, simplemente subiendo la palanca de accionamiento ya tenemos el magnetotérmico operativo de nuevo.
A esto se le llama rearmar el magnetotérmico.
Los magnetotérmico no hay que sustituirlos simplemente se rearman y siguen funcionando.
Incluso los hay de rearme automático pasado un tiempo, como luego veremos.
Simbología de los Magnetotérmicos
Aquí te dejamos una imagen con los símbolos que se utilizan para representar los interruptores magnetotérmicos en los esquemas.
Hay algún otro símbolo que podemos encontrar en algún esquema, pero estos son los más actuales y los que se deben de utilizar.
Protección Contra Sobreintensidad y Cortocircuito
Por un lado nos protege cuando por el circuito que protege pasa una corriente o intensidad mayor para la que fue diseñado para la carga de consumo en ese circuito (intensidad nominal In).
Imagina que el circuito está formado por un cable calculado para una intensidad nominal (normal de uso o de trabajo) que lo atraviesa de 9A, lo que hace el magneto o PIA es que cuando pasa una intensidad superior a 9A salta abriendo el circuito.
El valor de la intensidad nominal viene fijado por la corriente nominal de consumo de las cargas asignadas al circuito.
El tiempo de disparo (que abra el circuito) depende de la intensidad que lo atraviese, a mayor intensidad menor tiempo de disparo, pero recuerda solo tiene que saltar si la intensidad que lo atraviesa es mayor que la In.
El magnetotérmico tiene que tener una intensidad de corte (nominal) igual a superior a la de consumo del circuito.
Por ejemplo un circuito donde se calcula una intensidad de consumo es de 9A debe protegerse con un PIA de 9A, pero como el PIA normalizado más cercano superior a esa intensidad normalizado es de 10A, elegiremos el de 10A.
Intensidad nominal del PIA = 10A. Nunca menor de 9A ya que saltaría cuando se está haciendo un uso normal del circuito.
Las causa más habitual de una sobreintensidad en un circuito suele ser conectar demasiado receptores (lámparas, motores, etc.) en el circuito.
Otros ejemplos pueden ser motores que son expuestos a un esfuerzo excesivo, instalaciones a las que se le conectan elementos de un consumo mayor al previsto en su diseño inicial o simplemente un dimensionamiento erróneo del tamaño de los conductores que deriva en un sobrecalentamiento de los mismos.
Por otro lado, en caso de un cortocircuito, la intensidad que se genera en muy poco tiempo es muy grande, el magnetotérmico tiene que ser capaz de cortar esta intensidad tan grande en un tiempo menor al tiempo que el cable aguanta es Icc (intensidad de cortocircuito) sin quemarse.
Por ejemplo, si se ha calculado la Icc del circuito máxima en un circuito concreto de la instalación y es de 4.000A, y además el cable es capaz de aguantar esa Icc solo durante 5 segundo sin quemarse, el magnetotérmico tendrá que cortar esta corriente tan grande antes de que pasen esos 5 segundos.
Estos tiempo los veremos más adelante mediante las curvas de disparo del PIA.
¿Cómo Funciona un Magnetotérmico?
Los disyuntores o interruptores magnetotérmico contienen dos mecanismos de apertura diferentes, un interruptor bimetálico y un electroimán.
Una protección térmica y otra magnética, por eso se llaman magnetotérmicos.
Hay países en los que se llaman termomagnéticos.
Protección Térmica
La protección térmica la realiza una parte del PIA formada por interruptor bimetálico, 2 láminas metálicas unidas que tienen distinto coeficiente de dilatación y por las que pasa la corriente al circuito haciendo la función de un interruptor cerrado cuando la intensidad que las atraviesa es menor o igual a la In del PIA .
La protección térmica es la que protege frente a sobrecargas al circuito. Veamos como lo hace.
*Dilatación: aumento de tamaño por la temperatura.
La corriente eléctrica que exceda a la nominal del circuito y que se entiende como una sobrecarga produce un calentamiento en el bimetal (las 2 láminas) dilatándose lo suficiente como para que el bimetal accione el resorte de apertura del circuito.
A medida que el bimetal se dobla, toca y gira la barra de disparo para abrir el circuito.
El tiempo que el bimetal necesita para doblar y disparar el circuito varía inversamente con la corriente.
Fíjate en la imagen siguiente.
En este tipo de protección el magnetotérmico saltará (se abre) en un tiempo que dependerá de la intensidad de la sobrecarga.
A más intensidad de sobrecarga menor tiempo de disparo (se calienta y dobla antes).
La curva de disparo del magnetotérmico nos determinará este tiempo en función de la intensidad que lo atraviesa.
Luego veremos esto más detalladamente.
Protección Magnética
La parte magnética del magnetotérmico consiste en un núcleo de hierro con una bobina de alambre alrededor de él, formando un electroimán.
La protección magnética protege el circuito contra cortocircuitos.
Para prevenirlo contra cortocircuitos, la interrupción del circuito debe ser casi inmediata (menos de 5 segundos) y por eso no nos serviría el bimetal, dado que éste tiene una respuesta lenta.
Veamos como lo hace.
La corriente de carga o nominal pasa a través de las bobinas del electroimán sin provocar ningún efecto sobre él, ya que el electroimán solo debe responder a las corrientes altas de cortocircuito (Icc).
Cuando por el electroimán pasa una corriente muy elevada, como puede ser una Icc, hace que el electroimán genere suficiente fuerza de campo para atraer una armadura cercana.
A medida que la parte superior de la armadura se mueve hacia el electroimán, la armadura gira la barra de disparo para disparar el interruptor, abrir el circuito y desenergizar las bobinas del electroimán.
Fíjate en la siguiente imagen.
Los tiempos de disparo (apertura) mediante este método son mucho menores que en el caso térmico.
Cuando el PIA se abre por este método tarda solo unos pocos milisegundos en abrirse, de esta forma protege los cables frente a las elevadas intensidades de cortocircuito.
Pero...¿Cuanto tiempo tarda en abrirse exactamente el magnetotérmico en caso de sobreintensidad o cortocircuito?
Estos tiempo nos lo proporciona el fabricante mediante lo que se llama "Curvas de Disparo".
Curvas de Disparo del Magnetotérmico
Es una gráfica con curvas que representan el tiempo que tarda en desconectarse el magnetotérmico en función de la intensidad que lo atraviesa.
No es un tiempo fijo, si no que es un intervalo de tiempo entre un mínimo y un máximo en el que el magneto abre el circuito que protege.
En cuanto a la intensidad que lo atraviesa, no se pone en valores absolutos si no en función de la cantidad de veces la intensidad nominal (In) del magnetotérmico.
Recuerda: esta In es para la que a partir de ella el magneto se abre.
Por ejemplo, si un magnetotérmico es de una In de 10A, significa que para un paso por él mayor de 10A debería saltar.
Si hablamos de In de un magnetotérmico concreto que es de In = 10A, si hablamos de 2In, estamos hablando de 2In = 20A, el doble de la In. 20A sería la absoluta, y 2In la referida a la nominal, en nuestro caso 2x 10A, pero si fuera otro PIA con otra In diferente, 2In ya no sería 20A.
La mayoría de las veces esta intensidad solo aparece como un número, por ejemplo 3.
¿Qué significa?
Pues muy fácil, 3 veces la In, ya que esos valores es el resultado de I/In; es decir la intensidad que lo atraviesa entre la intensidad nominal.
Si I/In = 3; y la In es de 10A, entonces para el valor de 3; la I = 3In = 3 x 10 = 30A. ¿Fácil no?
En el eje vertical se pone el tiempo de disparo, y en el eje horizontal la cantidad de intensidad que lo atraviesa (I/In), pero como dijimos, en función de la In, no la absoluta.
Veamos una curva de disparo o funcionamiento clásica y como se interpreta.
Si no entiendes la explicación teórica, detrás hay un video en el que lo explicamos.
Antes de ver las zonas de trabajo del PIA, vemos que el punto 1 es el punto de la intensidad nominal del PIA y que justo cuando la corriente que atraviesa el PIA es un poco mayor de esta In (línea amarilla) es cuando hay posibilidad de que salte (se abra).
Para que el PIA saltara con la Iminina se necesitaría más de 7.200 segundos para que saltara.
Muy poco probable, seguramente antes ya volvería a su In.
Luego vemos 2 curvas, la curva inferior es la curva del tiempo mínimo para que salte el magneto en función de la intensidad que lo atraviesa, la curva de arriba es el tiempo máximo que puede tardar en abrirse el magneto en función de la intensidad que lo atraviesa.
Para una intensidad fija el intervalo tiempo que tardará en abrirse el PIA será el que hay entre la curva inferior y la superior.
Bien, ahora para interpretar la curva o mejor dicho las curvas (son 2) necesitamos diferenciar varias zonas dentro de la gráfica.
Zona de Trabajo Seguro: Es la zona que está por debajo de la primera curva.
En esta zona, El PIA trabaja de forma segura sin saltar (está cerrado), pero protegiendo al circuito en caso de sobrecarga o cortocircuito en un instante determinado.
Zona de Incertidumbre (franja de color azul oscuro): Esta es la zona más importante de entender porque es la zona de esta franja donde el PIA tiene que abrirse.
El tiempo de apertura del PIA para una intensidad concreta será la franja de tiempo de la zona de incertidumbre para esa intensidad.
Por ejemplo, si queremos saber el tiempo en que tarda en abrirse el PIA de la curva anterior para una intensidad 4 veces la In haremos lo siguiente.
1º) Subimos desde el 4 del eje horizontal hacia arriba para ver donde corta la primera curva.
La corta en el punto del tiempo (eje vertical) de 2 segundo.
Esto quiere decir que el PIA cuando lo atraviesa una corriente de 4In, el tiempo mínimo de disparo (que se abra) será de 2 segundos, pero no tiene por qué abrirse en este punto.
2º) Si en 2 segundos no se dispara, pero seguimos manteniendo la carga de 4In durante más tiempo, ahora llegamos al corte con la curva de la parte de arriba.
El corte se produce mas o menos en 8 segundos.
Este será el tiempo máximo de apertura del magneto cuando circula por el una intensidad de 4 veces la In.
Antes de llegar a este tiempo el PIA tiene que abrirse para una intensidad de 4In.
Conclusión: Para 4 veces la In del PIA este se abrirá en un tiempo mínimo de 2 segundos y máximo de 8 segundos.
A mayor intensidad circulando por el PIA, menor será el tiempo de disparo porque más pequeño es el rango de tiempo en el que se puede disparar (zona de incertidumbre).
Cuando es una Icc, esta será tan grande que se dispara en un rango de tiempo muy pequeño (menor de 0,01segundo).
Fíjate en la curva de arriba que para una intensidad, por ejemplo de 20 veces la In, tenemos que el tiempo de disparo será entre 0,002 segundos y un poco más de 0,01 segundos.
Las intensidades de cortocircuito pueden ser mucho mayores de 20In, con lo que se cortará de forma muy rápida y de esta forma no se quemará el cable del circuito protegiéndolo frente los cortocircuitos.
Zona de Disparo Seguro: Es una zona Prohibida y cuando llega a esta zona el PIA ya tiene que estar abierto para proteger el circuito. El límite lo pone la segunda curva.
En esta zona el PIA nunca puede trabajar (estar cerrado).
Si trabaja en esa zona el PIA esta mal y no nos protege la instalación.
Puedes apreciar que hay una zona de la franja de incertidumbre que es donde se produciría el disparo mediante el bimetal (térmico) y otra zona, para mayores intensidades, donde empezaría el disparo magnético.
¿No lo entendiste?
Aquí tienes un video explicándolo:
Tipos de Curvas
Lógicamente no todos los magnetotérmicos tienen la misma curva de disparo.
Debemos de seleccionar nuestro magnetotérmico en función de su curva de disparo.
Por ejemplo, los motores tienen una punta de corriente en el arranque en la que, aunque sea 2 o 3 veces superior a la de su funcionamiento normal o nominal, el magneto en el arranque no debe saltar, por ese motivo es importante seleccionar el PIA que durante el tiempo que dura el arranque, aunque no sea la intensidad nominal del magneto, este no salte.
Es importante elegir el tipo de magnetotérmico, según su curva de disparo, en función del uso o aplicación que se le va a dar.
Las diferentes curvas de disparo vienen clasificadas en función de la intensidad a la que salta el magneto en 0,1 segundo.
Según esto tenemos y la norma EN 60898:
- Curva A: entre 2In y 3In (saltaría en 0,1 segundo cuando la intensidad que lo atraviesa esta entre 2 veces y 3 veces la nominal).
Se utilizan para protecciones de semiconductores. Realmente en electricidad este tipo no se utiliza.
- Curva B: 3 a 5 In. Se utilizan para protección de generadores y grandes longitudes de cable.
Sin puntas de corriente.
- Curva C: 5 a 10 In. Estos son los más utilizados. Son los utilizados en las instalaciones domésticas, alumbrado, tomas de corriente y usos generales.
- Curva D: 10 a 20 In. Receptores con fuertes puntas de arranque como motores o transformadores.
Hay otras curvas aunque menos utilizadas:
- Curva Z: 2,4 a 3,6 In. Para protección de circuitos electrónicos.
- Curva MA: 12 a 14 In; protección de arranque de motores, pero estos no tienen protección contra sobrecargas.
Si un motor tiene una punta de arranque 12 veces su intensidad nominal, lógicamente deberemos elegir un magneto con un tipo de curva D, que además es el que se suele utilizar para los motores.
Para instalaciones en viviendas se utiliza el tipo C.
Si dibujamos la curva de disparo inferior (la del tiempo mínimo) de cada uno de los 3 tipos principales (B, C y D) tendríamos las siguientes curvas:
Características de los Magnetotérmicos
- Tensión Nominal (Vn): Es la tensión de trabajo o uso del PIA. Por ejemplo 230V, 400V, etc.
- Intensidad Nominal (In) = Valor de intensidad a partir del cual debe abrir el circuito el magnetotérmico por su protección térmica.
Esta intensidad corresponde a la intensidad en condiciones normales de funcionamiento, por lo tanto debe ser igual o lo más parecida (siempre superior) a la intensidad nominal del circuito obtenida por la suma de las potencias de todos los receptores que se conectarán al circuito.
Recuerda: P = V x I; por lo que I = P/V.
Además esta intensidad es la que se utiliza para clasificarlos en el mercado.
In normalizadas y más usadas son: 1A, 2A, 3A, 5A, 6A, 10A, 15A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A, 63A, 80A...
Suelen fabricarse para intensidades entre 5 y 125 amperios para instalaciones domésticas e interiores.
Para industriales los hay de 1.000A e incluso mayores.
Incluso hay magnetotérmicos que son regulables en su In, sobre todo los de más de 63A, pero no son los de uso más comunes.
También podríamos definirla como el valor máximo de corriente que el interruptor puede soportar de manera permanente.
Este valor se da siempre para una temperatura ambiente de 40 °C, conforme a la norma UNE-EN 60947-2.
- Poder de Corte (PdC): es la máxima intensidad que el magnetotérmico puede cortar.
Debe ser capaz de cortar la intensidad de cortocircuito que se pueda producir en el punto donde está conectado.
Referente al poder de corte de los magnetotérmicos, las normas exigen un poder de corte superior a los 4500 A, valor superado ampliamente por la mayoría de las casas fabricantes de estos aparatos.
Los PdC más normales son los de 6KA (kiloamperios = 6.000A).
- Número de Polos: es el número de cables que corta.
Bipolar significa que corta 2 polos, por ejemplo en corriente alterna (ca) cortaría la fase y el neutro, tripolar, sería para trifásica y cortaría las 3 fases.
Tetrapolar sería para trifásica y cortaría las 3 fases y el neutro.
Omnipolar significa que corta todos los cables del circuito.
La mayoría de magnetotérmicos, cuando cortan el neutro, no significa que proteja el conductor neutro de la instalación, ya que solo suelen proteger las fases.
- Magnetos de corriente continua (cc) o de corriente alterna (ca): Todos de los que hemos hablado aquí son de corriente alterna, pero en el mercado existen magnetotérmicos que protegen instalaciones en corriente continua, por ejemplo especiales para las instalaciones fotovoltaicas.
Su misión es la misma.
Por último, recordar que también es importante elegir el magnetotérmico en función de sus curvas de disparo, como vimos anteriormente.
Normalmente para instalaciones interiores se utilizan los C y para automatismos o motores eléctricos el D.
Cómo Elegir el Magnetotérmico
A la hora de elegir un PIA para la protección de un circuito debemos de tener en cuenta los datos anteriores, resumiendo para una instalación o circuito concreto:
- La In del magnetotérmico debe ser igual a un poco superior a la In del circuito que protege.
- La tensión nominal del magnetotérmico debe ser la misma que la del circuito que protege.
- Deben ser de corte omnipolar, que corte todos los cables del circuito.
- Debemos de calcular la intensidad de cortocircuito en el punto donde se instala, y el poder de corte del magnetotérmico debe ser como mínimo de la misma o superior a esa intensidad de cortocircuito.
La mínima fijada por el REBT es de 4.500A. Para esto te recomendamos ver: Intensidad de Cortocircuito. Donde explicamos todo esto.
- Por último debemos de elegir un magnetotérmico en función de su uso teniendo en cuenta las curvas de disparo.
Ya sabes, tipo C para usos generales y viviendas y el D para motores.
Selectividad de los Magnetotérmicos
En caso de producirse un defecto, sus consecuencias deben limitarse en lo posible solo a la parte afectada de la instalación.
Si ello se consigue y se puede seguir trabajando normalmente en el resto de la instalación, podremos afirmar que esta presente la selectividad.
Lo que significa la selectividad es que siempre se dispare primero el magneto que esté más cercano aguas arriba de donde se produce la avería en el conjunto de la instalación.
Condiciones de selectividad:
- Los dispositivos de protección contra sobreintensidad, en caso de un defecto en la instalación, deben interrumpir en el tiempo más breve únicamente el circuito averiado.
- Los picos de intensidad usuales en el servicio, como por ejemplo, las que se producen en el arranque de motores, no deberán provocar un disparo.
- En caso de fallo de un dispositivo deberá desconectar el dispositivo de protección inmediatamente anterior.
Si tenemos 2 PIAs en serie en una misma instalación eléctrica, primero debe cortar el más cercano a la instalación si en ella se produce una sobrecarga o un cortocircuito, y después si es necesario, el más alejado.
Normalmente el PIA más cercano a la instalación tiene una intensidad nominal menor, y esto hace que salte primero.
Pero...¿Qué sucede si son de la misma In o incluso siendo de mayor In su curva de disparo hace que salte antes el más alejado del problema?
Pues en este caso tendremos una mala selectividad de los magnetos.
Para una buena selectividad hay que tener en cuenta 2 factores importantes, la In de cada uno de ellos, y la curva de disparo.
El que está aguas arriba, para la misma intensidad, debe de cortar el circuito en un tiempo mayor que el que está más cercano al circuito (aguas abajo).
Veamos el ejemplo siguiente:
Aguas arriba tenemos el Interruptor Automático Magnetotérmico A, y aguas abajo el B.
Si nos fijamos en sus curvas de disparo vemos que siempre cortará el circuito antes el B que el A.
Esto es lo que se llama selectividad total de la instalación.
¿Qué es la Selectividad Parcial?
Fijémonos en el siguiente esquema:
En este caso llegaría un momento que saltarían los 2 magnetos.
No siempre salta primero el B, a partir de una I determinada, salatarían los 2.
En este caso, el valor límite de la selectividad es el de la regulación mínima del relé magnético del aparato situado aguas arriba, del A.
En un ejemplo como éste se podría decir que, si el interruptor A es un curva C de 20 A (MCA220), sus regulaciones del relé magnético serían: 5xIn = 5 x 20 = 100 A y 10x In = 10 x 20 = 200 A
Si el aparato aguas abajo (magneto B) es un curva C de 6 A (MLU506), sus regulaciones serían: 5xIn=5x6=30 A, y 10x In=10x6 = 60 A.
Siendo que el valor límite de la selectividad, en este caso es la regulación mínima del relé magnético del aparato aguas arriba, la selectividad se dará hasta los 100 A.
El tema de la selectividad de los magnetotérmicos y diferenciales es un tema del que podríamos hablar durante mucho tiempo, pero de momento con estos conocimientos son suficientes.
Interruptores Magnetotérmicos con Rearme Automático
Hay algunos PIAs que después de pasado un tiempo que salta, vuelve a cerrar el circuito (rearmarse) de forma automática.
Suelen llevar un servomotor incorporado encargado de realizar el rearme pasado un tiempo.
Incluso los hay que pueden rearmarse a distancia, muy utilizado en las grandes industrias para rearmarlo desde la sala de control.
Los de rearme automático se rearman solos pasado un tiempo, pero después de varias veces de rearme, si no se soluciono la avería ya no vuelven a rearmarse.
Más información:
- Tema sobre protecciones eléctricas de la UCO.es
Fuentes:
- areatecnologia.com
- voltimun
- REBT
- Wikipedia