Cómo los ingenieros eléctricos seleccionan los disyuntores y otros dispositivos de protección

La electricidad ha contribuido en gran medida al desarrollo de las ciudades y las industrias modernas, proporcionando energía de forma más rápida y eficiente que cualquier otro método conocido por la humanidad. Sin embargo, el poder de la electricidad también la hace peligrosa, y los edificios deben estar equipados con medidas de protección contra fallas eléctricas.

Las protecciones eléctricas deben permitir la corriente normal consumida por los dispositivos en funcionamiento. También deben tolerar los breves picos de corriente generados por dispositivos como motores eléctricos y balastos de iluminación. Sin embargo, cuando existen corrientes anormales y peligrosas, los dispositivos de protección deben desconectar la carga afectada inmediatamente.

Los disyuntores son el tipo de protección eléctrica más común en los edificios. Están diseñados para permitir una corriente continua hasta su valor nominal y también pueden tolerar picos cortos por encima de este valor.


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¿Cuándo se disparan los disyuntores?

Un disyuntor parece ser solo un dispositivo de protección, pero la mayoría de los modelos tienen dos mecanismos de protección en el interior. Uno de ellos tiene una respuesta inmediata para desconectar las fallas eléctricas más peligrosas, mientras que el otro tiene una respuesta retardada para permitir una corriente por encima del valor nominal por un corto tiempo.

  • El mecanismo de protección rápida se basa en el magnetismo. La corriente eléctrica produce un campo magnético, y este campo es aún más fuerte cuando la corriente se mueve a través de una bobina de material conductor. Los disyuntores tienen una conexión interna adyacente a una bobina electromagnética y se abre cuando una corriente de falla produce un fuerte campo magnético.
  • El mecanismo de protección retardada se basa en el calor. La corriente produce calor cuando viaja a través del cableado u otros objetos, y este calor a su vez expande el material conductor. Además del mecanismo de protección magnética, los disyuntores también tienen una conexión interna que se abre con expansión térmica.

Como se mencionó anteriormente, algunos dispositivos consumen corriente por encima de su valor nominal durante breves momentos como parte de su funcionamiento normal. El mecanismo de protección retardada lo permite, pero se abre si la corriente permanece alta durante demasiado tiempo. La respuesta del mecanismo de protección térmica depende de la corriente: una corriente más alta produce más calor y dispara el interruptor más rápido.

Las fallas eléctricas importantes pueden causar corrientes de una magnitud cientos de veces por encima de la corriente de funcionamiento normal, y la carga debe desconectarse inmediatamente en estos casos. Aquí es donde actúa la protección magnética, y la respuesta depende del tipo de disyuntor.

  • Los disyuntores tipo B se disparan entre 3 y 5 veces la corriente nominal.
  • Los disyuntores tipo C se disparan entre 5 y 10 veces la corriente nominal.
  • Los disyuntores tipo D disparan entre 10 y 20 veces la corriente nominal.

Por ejemplo, si un motor consume 3 veces la corriente nominal cuando arranca, no puede usar un interruptor tipo B o siempre se disparará. Sin embargo, un interruptor tipo C funcionará bien porque la corriente de entrada del motor está por debajo del rango de protección.

Si un motor se atasca cuando arranca, seguirá consumiendo la corriente de entrada de forma indefinida. Aunque la protección magnética del interruptor automático no responde en este caso, la protección térmica responde al efecto de calentamiento.

¿Qué protegen exactamente los disyuntores?

Los propietarios de edificios saben que los disyuntores protegen los dispositivos eléctricos, pero un hecho menos conocido es que también protegen el cableado entre estos dispositivos y la fuente de alimentación. Tenga en cuenta que los cables tienen aislamiento, que se derrite con un calor excesivo. Si esto sucede, el cable expuesto crea un riesgo de descarga eléctrica, daños al equipo o incluso un incendio.

Incluso si un disyuntor tiene la capacidad adecuada para proteger los dispositivos conectados a él, aún puede haber problemas si el cableado es de tamaño insuficiente. Por ejemplo, un cable de 20 amperios conectado a un disyuntor de 50 amperios representa un riesgo, ya que cualquier corriente por encima de 20 A y por debajo de 50 A sobrecalentar el cable sin activar el disyuntor.

Cómo los ingenieros eléctricos seleccionan los disyuntores y otros dispositivos de protección

Tenga en cuenta que también puede suceder lo contrario: un cable sobredimensionado con un disyuntor sobredimensionado no proporcionará una protección eficaz. Como ejemplo, suponga que un motor de 15 A está conectado a un circuito de 50 A con un disyuntor de 50 A. Si el motor está sobrecargado y consume 25A, el cableado no se dañará y el disyuntor no se disparará, pero lo más probable es que el motor falle en poco tiempo.

El enfoque normal seguido por los ingenieros eléctricos es primero especificar los tamaños de los cables que tolerarán la carga y luego especificar un disyuntor que protegerá tanto el circuito como los dispositivos conectados a él.

Tipos especiales de protección eléctrica

Algunas aplicaciones requieren tipos especiales de protección que no proporcionan los interruptores automáticos convencionales. Por ejemplo, los motores eléctricos deben protegerse de subtensión, lo que provoca una drástica reducción de su vida útil. Los motores trifásicos también necesitan protección contra desequilibrio de fase, que ocurre cuando hay una diferencia drástica entre el voltaje suministrado por los tres conductores vivos. Estos tipos de protección no los proporcionan los interruptores automáticos que normalmente se encuentran en hogares y espacios comerciales; existen relés de protección especiales que están diseñados para estas perturbaciones eléctricas.

La protección eléctrica puede ser un tema complejo, pero es muy importante para la seguridad del edificio. Cuando los disyuntores y otros dispositivos de protección se seleccionan e instalan correctamente, los edificios se vuelven mucho menos vulnerables a los incendios de origen eléctrico.