Son interruptores mecánicos que protegen contra cortocircuitos y sobrecorrientes en circuitos alimentados con corriente continua. Están diseñados para interrumpir el flujo de corriente en sistemas eléctricos de corriente continua en caso de falla.
Se aplican mecanismos que pueden limitar la corriente y también extinguir arcos eléctricos causados por sobrecorriente. Con esto, se mejora considerablemente la sincronización diferencial del circuito.
Conceptos básicos de disyuntores para CC
Símbolo de disyuntor de CC
Usamos estos símbolos principalmente en circuitos eléctricos.
· Diagrama de cableado del disyuntor de CC
Sin embargo, para un diagrama de cableado, encontrará una imagen 3D como esta:
Función del disyuntor en sistemas de CC
Está claro por su nombre que utilizamos tales disyuntores eléctricos Para proteger sistemas que utilizan corriente continua para funcionar. Estos sistemas tienen una salida de voltaje constante a diferencia de los sistemas de CA.
Utilizan una combinación de principios magnéticos y térmicos para proteger los sistemas de CC. Si la corriente supera el valor nominal, el disyuntor se dispara mediante protección térmica.
Está diseñado para contener momentáneamente cualquier falla de corriente que se produzca dentro del circuito. También sirve para apagar rápidamente cualquier arco eléctrico provocado por exceso de voltaje.
La protección térmica del disyuntor es un mecanismo de seguridad contra cualquier corriente de sobrecarga en el sistema. Cuando se trata de corrientes de falla fuertes, el interruptor La protección magnética hace saltar el disyuntor.
Para que circule una corriente constante en los circuitos de CC, los contactos deben estar completamente abiertos más allá de sus límites. Esto es para garantizar que el flujo de corriente excedente se interrumpa por completo.
Esto significa que los disyuntores protegen el sistema de CC contra fallas o cortocircuitos. Estos cortocircuitos suelen ser mayores que la sobrecarga.
Tipos de disyuntores de CC
Disyuntores de supresión de arco de CC
Cuando se trata de extinguir un arco eléctrico, los arcos de CC son los más difíciles. Suministramos corriente continua de forma continua, lo que significa que es muy estable en un espacio muy amplio.
Para reducir el efecto de arco, debemos asegurarnos de que el mecanismo de conmutación separe los contactos muy rápidamente. Esto debería crear un espacio de aire que, al abrirse, extinguirá el arco.
Los contactos del disyuntor deben tener un movimiento extremadamente rápido para evitar los mismos problemas que se presentan al abrirlos. El fabricante siempre indica los valores nominales de CC en el disyuntor.
Cualquier cortocircuito en este disyuntor hace que la corriente de funcionamiento aumente hasta convertirse en la corriente de cortocircuito. Todo esto depende de la inductancia y la resistencia del bucle de cortocircuito.
Disyuntor de CC de alta velocidad
Estos interruptores se aplican principalmente en subestaciones y unidades de tracción. Están diseñados para cortar la corriente justo antes de que se alcance el valor nominal máximo.
Cuando se produce un cortocircuito, el disyuntor se activa cuando los niveles de corriente aumentan más allá del valor nominal, lo que hace que la corriente se limite y, finalmente, se corte.
Disyuntor de estado sólido de CC
Este interruptor es un reemplazo avanzado de los interruptores electromecánicos. Reemplaza las partes móviles por semiconductores utilizados en el control de potencia con interrupción rápida de corriente.
Con tecnología avanzada de software, pueden eliminar fallas en segundos luego de interrupciones muy rápidas. Se utilizan principalmente en redes eléctricas con sistemas de almacenamiento de energía para reducir el efecto del tiempo de inactividad debido a fallas.
En estos casos no se producen arcos eléctricos durante las interrupciones, ya que no se libera energía.
Disyuntor de CC de alto voltaje
El disyuntor HVDC tiene como único propósito la protección contra corrientes de falla en circuitos de CC de alto voltaje. Vale la pena señalar que la corriente y el voltaje en circuitos de CC nunca son cero.
Esto significa que durante la separación de los contactos, la corriente y el voltaje suelen ser muy altos entre ellos. Los contactos terminarán sobrecalentándose debido al arco eléctrico y destruirán el disyuntor.
Para contrarrestar esto, introducimos un circuito de baja corriente en paralelo a este disyuntor. Para interrumpir el circuito, se creará una corriente cero artificial en el circuito.
Como sabemos que el nivel de corriente y voltaje es directamente proporcional a la intensidad del arco, utilizamos un circuito externo. Este circuito se interrumpirá justo después de reducir la corriente de falla a cero.
Disyuntor magnético de CC
Se trata de un tipo de dispositivo de protección contra sobrecorriente. Está diseñado de tal manera que se utilizan imanes en miniatura en su interior para cerrar y abrir los contactos.
Está compuesto por una bobina de alambre encerrada que rodea un émbolo de hierro. El émbolo también tiene los contactos fijados en él.
Cuando se introduce corriente en las bobinas, los contactos se ven atraídos hacia ellas. Con este mecanismo, los contactos del solenoide se cierran y se abren.
Cuando se supera el valor de corriente nominal, la palanca de disparo se activa mediante una atracción magnética muy fuerte. Esto abre el circuito y se puede cerrar restableciendo la manija de la palanca de disparo después de eliminar la sobrecarga.
Disyuntor térmico de CC
Utiliza un mecanismo de cierre que contiene una tira bimetálica conectada a él. La tira bimetálica reacciona al calor mediante la expansión de sus dos componentes metálicos diferentes a diferentes velocidades.
El circuito se abre cuando la tira bimetálica se dobla y se aleja del contacto. Su calentamiento proviene directamente de la corriente del circuito e indirectamente de las temperaturas elevadas que se generan cuando las corrientes del circuito son altas.
Para restablecer el disyuntor mediante su pulsador, hay que dejar que la lámina bimetálica se enfríe. Esto ocurre a temperaturas ambiente normales.
Disyuntor de CC termomagnético
Este disyuntor aplica dos mecanismos: la protección contra sobrecargas se logra mediante disparo térmico, mientras que el disparo magnético evita cortocircuitos.
También podemos llamarlos disyuntores de tiempo inverso. Como su nombre lo indica, una sobrecarga mayor acortará el tiempo de apertura del disyuntor.
El calor se produce por el exceso de corriente en caso de sobrecarga. El elemento bimetálico lo capta y el disyuntor se dispara cuando se excede su capacidad nominal.
En caso de cortocircuito, el sensor electromagnético detecta la corriente de falla y responde desconectando el circuito.
Disyuntor híbrido de CC
Se trata de un disyuntor de CC que tiene tres ramas independientes configuradas en paralelo para llevar a cabo distintas tareas de disyuntor. La primera rama tiene un interruptor mecánico que se utiliza para transmitir la corriente nominal.
También tiene contactos fabricados en metal que actúan como disyuntores mecánicos por pérdidas de conducción. La segunda rama realiza operaciones de conmutación eficientes mediante semiconductores.
El único propósito de la tercera rama es inhibir voltajes transitorios. Está hecha de varistores de óxido metálico (MOV) y también absorben la energía magnética del sistema.
Número de polos
Disyuntor de CC de 2 polos
Contiene dos polos y protege los circuitos de cortocircuitos con capacidad de aislar cargas. Se utiliza habitualmente en el almacenamiento de energía y normalmente se coloca entre inversores y baterías.
Disyuntor de CC de 4 polos
Tienen un diseño exclusivo con un polo neutro mientras que los demás polos brindan protección al circuito. Se dispara y desconecta todos los polos inmediatamente después de detectar una corriente inadecuada.
No es sensible a la polaridad y se utiliza en aplicaciones de distribución de cables trifásicos y cuatrifásicos. Es importante en lugares donde se utilizan equipos eléctricos, como hospitales, que requieren protección.
Minidisyuntor CC/Disyuntor miniatura CC
El diseño del DC Conmutador de banda ancha móvil Son disyuntores específicos que utilizan corriente continua. Protegen los equipos eléctricos contra cortocircuitos y sobrecorrientes.
Cabe señalar que su funcionamiento y funciones son similares a las de un disyuntor de corriente alterna. Sin embargo, los ámbitos de aplicación difieren.
Los disyuntores de CC se utilizan principalmente en sistemas que funcionan con corriente continua, como los sistemas solares fotovoltaicos (PV). El disyuntor funciona en un rango de tensión de entre 12 y 500 V.
El disyuntor tiene marcados los símbolos positivo y negativo. Además, también se indica la dirección de la corriente.
Disyuntores de caja moldeada de CC
Usamos principalmente el DC MCCB En aplicaciones que requieren almacenamiento de energía. También son la mejor opción para usar en circuitos industriales de CC.
Disyuntor de aire de CC
Al igual que los demás disyuntores, ofrece protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos en dispositivos eléctricos. El mecanismo de protección consiste principalmente en utilizar una ráfaga de aire para limitar los efectos del arco eléctrico.
Su principio de funcionamiento no es el mismo que el de los disyuntores comunes. Es extraño, pero observe esto: genera una tensión de arco al interrumpir un arco en lugar de proporcionar una tensión de alimentación.
El voltaje de arco es el voltaje mínimo necesario para mantener un arco. Una de las formas en que aumenta el voltaje es dividiendo el arco en varias series.
También puede alargar la trayectoria del arco, aumentando así su resistencia. Esto requerirá un voltaje de arco adicional a lo largo de la trayectoria, lo que aumentará el voltaje.
El disyuntor tiene dos pares de contactos, el principal de cobre, que lleva la corriente, y el otro contacto, de carbono.
El contacto principal es el primero en abrirse inmediatamente después de que se abre el disyuntor, mientras que el contacto de arco permanece intacto. El arco eléctrico comienza instantáneamente tras la separación de los contactos.
Partes de un disyuntor para corriente continua
Los componentes de varios tipos de disyuntores son básicamente los mismos.
Vamos a verlos en detalle:
Marco – Suele ser muy resistente y rígido. Su principal función es proteger los componentes internos de las inclemencias del medio ambiente. También proporciona aislamiento.
Alternar/Manejar – normalmente se utiliza para cerrar o abrir el disyuntor de CC. Para disyuntores más grandes, los operadores pueden utilizar un proceso de 2 pasos para su protección.
Contactos – Son los encargados de que circule la corriente una vez conectados. En los interruptores para baja tensión, los contactos se encuentran en la cámara que alberga el interruptor de arco.
Extintor de arco – cuando el disyuntor se activa debido a una falla, extingue el arco generado. Como no podemos evitar que se produzcan arcos, lo mejor que puede hacer el disyuntor es controlarlos.
Unidad de viaje – cuando el cortocircuito o la sobrecarga son prolongados, el mecanismo de funcionamiento se abre mediante el relé. Pueden ser electrónicos o de funcionamiento electromecánico.
Principio de funcionamiento del disyuntor de CC
La función principal del disyuntor de CC es proteger el circuito de corrientes de falla o sobrecorrientes. Para lograrlo, utiliza mecanismos de protección térmicos o magnéticos.
Cuando se produce una sobrecorriente, el disyuntor de CC se activa por protección térmica. Esto significa que la corriente eléctrica superó el valor nominal del disyuntor.
Tiene tiras bimetálicas hechas de dos metales diferentes que se expanden cuando se calientan. La diferencia en su expansión hace que la tira bimetálica se doble y rompa el contacto con el contactor.
El mecanismo de protección térmica solo funciona para corrientes de sobrecarga, lo que implica que se superó la corriente de operación convencional.
La protección magnética se utiliza cuando hay una corriente de falla importante en el circuito. Activa el disyuntor de CC y la acción es rápida e instantánea.
El disyuntor se puede volver a activar mediante la palanca o el interruptor. Esto debe hacerse después de corregir la sobrecarga o el cortocircuito.
Clasificación del disyuntor de CC
Cuando desee elegir un circuito de CC adecuado, debe tener en cuenta la tensión nominal total de su sistema eléctrico. Puede calcular dicha tensión nominal tomando la más alta aplicable de todos los puertos.
Al calcular el voltaje, también debe tener en cuenta cómo integrará el disyuntor y la distribución de voltaje. La clasificación de voltaje del disyuntor debe ser suficiente para satisfacer todas las demandas de la aplicación final.
El amperaje de los disyuntores también es muy importante en su clasificación. Según los requisitos de carga, el disyuntor debe funcionar a 100%.
Sin embargo, puede lograr el máximo rendimiento eligiendo un disyuntor con corriente de carga 120%. Esto ayudará a amortiguar el calor emitido por el sistema eléctrico.
Dimensionamiento de disyuntores de CC
Calcular el tamaño de un disyuntor de CC puede resultar una tarea abrumadora, pero nunca es una tarea imposible.
Somos plenamente conscientes de que el tamaño del disyuntor debe ser lo suficientemente grande como para admitir la corriente de carga requerida. Si se elige un tamaño inferior al necesario, se corre el riesgo de provocar un incendio eléctrico.
No se preocupe. Con algunas reglas podrá dimensionar cómodamente su disyuntor de CC.
Ellos son:
Regla del disyuntor 80%
La regla básicamente dice que solo se puede tener 80% de la capacidad nominal de corriente. Tomemos como ejemplo un disyuntor de 40 A.
La corriente máxima segura que puede permitirse es 32 A. Esta medida de seguridad evita que se queme el disyuntor.
Cálculo de amperios a partir de potencia
Todos los aparatos electrónicos que utilices tienen una potencia nominal indicada. Tomemos como ejemplo una tostadora de 2000 W.
Dado que el dimensionamiento del disyuntor se basa en amperios, deberá convertir la potencia a amperios. Suponiendo que lo alimenta con 240 V, la corriente será de 2000 W/240 V, lo que da 8,33 A.
Si no tienes problemas con seguir estas dos reglas, calcular el tamaño del disyuntor es pan comido. Ahora, calculamos el tamaño del disyuntor con un ejemplo.
Tomemos la tostadora de 2000 W que consume 8,33 A. Si tomamos la regla del disyuntor 80%, obtenemos 8,33 A.
Para determinar el tamaño del disyuntor, tomamos un factor de 1,25 y lo multiplicamos por el amperaje consumido. Esto hace que el tamaño mínimo del disyuntor sea 8,33 A × 1,25 = 10,42 A.
Dado que la capacidad de amperaje del disyuntor debe ser de al menos 10,42, también podemos utilizar un disyuntor de 15 amperios. En resumen, necesitaremos un disyuntor de 15 A para la tostadora de 2000 W alimentada por 240 V.
De esta manera podemos calcular manualmente el tamaño del disyuntor. Sin embargo, existen calculadoras dinámicas modernas que son mucho más rápidas y sencillas.
Si termina con un mayor consumo de amperaje, puede tener un par de disyuntores de 30 o 50 A en paralelo. Esta será la capacidad de corriente total del disyuntor.
Disparo termomagnético en disyuntor para CC
En caso de que se supere el valor de corriente nominal en un circuito eléctrico, el interruptor térmico se activa. El interruptor térmico tiene láminas bimetálicas que tienen dos metales que se expanden de manera diferente.
El calor del exceso de corriente hace que la tira bimetálica se doble y rompa el contacto con el contactor. Esto interrumpe el circuito cortando el flujo de corriente.
El disparo es rápido porque el calor generado por la corriente es demasiado para la lámina bimetálica. Este es el mecanismo de protección de los disyuntores contra corrientes de sobrecarga que superan la corriente de operación.
Disyuntor MCB de CC frente a disyuntor de caja moldeada (MCCB)
Las abreviaturas pueden tener un parecido sorprendente, pero no se deje engañar. Veamos algunas de sus diferencias para comprender mejor sus aplicaciones.
Para empezar, su capacidad es lo que los diferencia principalmente. La corriente nominal de los disyuntores magnetotérmicos es inferior a 100 A y su capacidad de interrupción no supera los 1800 A.
Además, los utilizamos principalmente en circuitos de baja tensión, lo que nos impide ajustar sus características de disparo.
Por otro lado, podemos ajustar fácilmente las características de disparo de los MMCB. Debido a que los utilizamos principalmente en aplicaciones de circuitos altos, brindan un rango de amperaje de aproximadamente 10 a 2500 A, según la aplicación.
Su rango de corriente de interrupción es bastante impresionante, entre 10 000 y 200 000 A. Responden fácilmente a comandos remotos para operaciones de motor.
Disyuntor de CC y disyuntor de CA
Tanto la CC como la CA tienen los mismos principios operativos, con la diferencia de la corriente eléctrica. Ambas utilizan técnicas de protección magnética y térmica, pero con corrientes continuas y alternas.
También cabe destacar que en ambos casos el punto de extinción del arco es más bajo en los disyuntores de CA, ya que la tensión continua en CC garantiza un arco constante y difícil de interrumpir.
¿Consecuencia? Contamos con medidas de extinción de arco adicionales en los disyuntores de CC. El arco se prolonga y se disipa para que la interrupción sea mucho más sencilla.
Por el contrario, los disyuntores de CA lo tienen muy fácil en lo que respecta a la interrupción del arco. La vibración de amplitud garantiza que cada ciclo llegue a cero, por lo que la interrupción se produce fácilmente.
Aplicaciones del disyuntor en sistemas de CC
· Disyuntor para transmisión de energía de CC
Los disyuntores de CC de alto voltaje ofrecen protección cuando la transmisión de energía se realiza a largas distancias. Los terminales necesarios para convertir CA/CC o CC/CA son muy costosos y deben estar protegidos. Las corrientes de falla pueden causar daños a cualquier equipo conectado, por lo que es necesario un disyuntor.
· Disyuntor de motor de CC
Los disyuntores protegen los motores eléctricos de CC que tienen diversas aplicaciones. La mayoría de ellos están automatizados con tiempos de respuesta rápidos con circuitos de control que utilizan CC. Todos estos requieren un disyuntor de CC para su protección.
· Disyuntor solar de CC
Los paneles solares suelen montarse en circuitos en serie, que pueden ser varios. Todos los circuitos deben tener un disyuntor de CC para protegerlos, ya que son muy importantes en todo el circuito.
Cómo elegir un disyuntor para CC
Encontrará varios disyuntores de CC disponibles en el mercado. Con estas opciones, le resultará más fácil tomar una decisión.
Sin embargo, plantéese algunas de estas preguntas antes de decidirse por la más adecuada:
- ¿Cuál es la clasificación actual del dispositivo que desea utilizar?
- ¿Cuántos polos necesita su disyuntor?
- ¿Cuál es el requisito de voltaje para su dispositivo?
- ¿Cuál es la corriente total de su circuito?
- ¿Cuales son sus condiciones operativas atípicas?
Preguntas frecuentes
· ¿Se pueden utilizar disyuntores de CA en sistemas de CC?
Si consideramos los sistemas de CA y CC, podemos concluir que el efecto de calentamiento de ambos es el mismo. Sin embargo, los mismos valores RMS contienen parámetros diferentes.
Tomemos como ejemplo una fuente de corriente alterna y una tensión. Su efecto en un circuito es diferente al de una fuente de corriente continua que tiene la misma tensión.
Por lo tanto, no resulta práctico utilizar disyuntores de CA en dichos circuitos. El mismo principio se aplica al uso de disyuntores de CC en circuitos de CA.
Ahora profundicemos en los hechos que entran en juego aquí.
Además, considerando el mismo voltaje de suministro, normalmente los sistemas de CA requerirán un mejor aislamiento en comparación con los de CC.
Esto implica que habrá diferentes reacciones al evaluar los materiales de aislamiento, especialmente en la exposición al voltaje nominal y opuesto.
Los disyuntores de CC tienen un valor constante de corriente sin frecuencia.
Posteriormente, la dirección no se ve afectada por la corriente o el voltaje. ¿Consecuencia? Los contactos del disyuntor se fundirán más rápido cuando se utiliza un disyuntor de CC en un circuito de CA.
· Arcos eléctricos en disyuntores de CC frente a disyuntores de CA
Cuando aplicamos un disyuntor de CC para interrumpir un circuito, los contactos experimentan un flujo constante de electrones, que se ve reforzado por un empuje hacia delante a partir del voltaje aplicado.
El efecto es la generación de un arco. El impulso de los electrones hace que este arco sea más fuerte en comparación con los disyuntores de CA.
Además, el suministro de electrones en los disyuntores de CA tiene un flujo fácil. Debe tener en cuenta el estado inestable de la corriente y el voltaje aplicado.
Esto significa que tienen una fluctuación de amplitud de pico a pico. Los picos van de positivos a cero, luego a negativos y nuevamente a cero.
El resultado es la generación de impulso provocado por la distorsión de la vibración, lo que hace que el arco generado en CA sea más débil que el creado en disyuntores de CC.
· ¿Disyuntores de CC direccionales?
Normalmente, en los circuitos de CC la corriente fluye en una sola dirección, por lo que el disyuntor de CC también debe ser unidireccional.
Esto garantiza que el disyuntor solo permita el flujo de carga en la dirección especificada. Cuando invertimos la polaridad, lo más probable es que dañemos los dispositivos eléctricos y esto genere graves problemas de seguridad.
Los disyuntores de CC están diseñados de tal manera que la corriente puede ser interrumpida por la tensión del arco. Esto ocurre cuando las corrientes son bajas.
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