Principio de funcionamiento del Disyuntor de Caja Moldeada (MCCB)
Un disyuntor de caja moldeada (MCCB) es un disyuntor que utiliza una caja moldeada para alojar y soportar sus componentes de transporte de corriente, así como para ser parte del sistema de aislamiento. El principio de funcionamiento de MCCB se discute en detalle en este artículo.
El tipo más común de MCCB es el disyuntor térmico magnético de uso general. Véase la Figura 1. Los MCCB a menudo tienen un elemento de disparo de sobrecorriente térmico para proporcionar protección contra sobrecargas, como lo que se produce cuando un acoplamiento está desalineado en un motor eléctrico o un dispositivo eléctrico consume demasiada corriente.
También se proporciona un elemento de sobrecorriente instantáneo para proteger contra cortocircuitos, como lo que se causa cuando dos cables se tocan o cuando falla el aislamiento. Los MCCB tienen los siguientes componentes principales:
- bastidor o caja
- conjuntos de contacto
- Paracaídas de arco
- OCPDs
- un mecanismo de funcionamiento
- Conexiones de terminales
Un disyuntor de caja aislada (ICCB) es un disyuntor es similar en construcción a un MCCB, pero normalmente utiliza un OCPD electrónico o digital y tiene clasificaciones de interrupción mucho más altas.
Figura 1. Diagrama de circuito con etiqueta MCCB
Marcos y cajas MCCB
El marco de un MCCB es una unidad cerrada que rodea y soporta los otros componentes mientras proporciona aislamiento. Los disyuntores de caja sellada no se pueden abrir ni reparar, excepto para pruebas, inspección y limpieza del exterior.
Los disyuntores de caja sellada se pueden identificar de varias maneras: por una sustancia alquitranada, cajas remachadas o sellos de papel sobre los tornillos de la caja. Abrir disyuntores de caja sellada invalida su lista UL, lo que puede causar problemas si hay un incendio u otro accidente que involucre a esos disyuntores.
Los MCCB de marco grande y la mayoría de los ICCB tienen OCPD reemplazables y también se conocen como disyuntores de disparo intercambiables. Los disyuntores de viaje intercambiables tienen cajas que se pueden abrir para ser reparadas y mantenidas. Los fabricantes de equipos originales pueden proporcionar ciertas piezas para que puedan renovarse.
El OCPD se puede reemplazar con un elemento que puede dimensionarse hasta la clasificación de cuadros de ICCBs y hasta el 80% de la clasificación de cuadros de MCCBs. Véase la Figura 2.
Figura 2. Disyuntores de disparo intercambiables etiquetados diagrama de circuito
Conjuntos de contacto MCCB
Los conjuntos de contacto abren y cierran circuitos. Los contactos en MCCB pequeños, como los disyuntores de derivación utilizados en paneles, transportan la corriente de carga y también actúan como contactos de arco. Los disyuntores de marco grande tienen contactos de arco separados y contactos principales.
Una ventaja que tienen los MCCB es que sus contactos son pequeños, ligeros y pueden interrumpir un arco rápidamente, como en 1-1 / 2 a 2 ciclos. Las versiones con limitación de corriente pueden eliminar una falla incluso más rápido, en un ciclo de 1⁄2 o menos.
Los contactos de arco ayudan a interrumpir los arcos y están compuestos de una aleación más dura que los contactos principales, que están diseñados para transportar solo corriente de carga. Los contactos de arco (superior) se extienden por delante de los contactos principales (inferior). A medida que el disyuntor se cierra, los contactos de arco se tocan (hacen) primero. Por lo tanto, cualquier arco que se produzca lo hace en los contactos de arco. Los contactos principales se tocan inmediatamente después de que se toquen los contactos de arco.
Los contactos principales están compuestos principalmente de plata y son más blandos que los contactos de arco, lo que significa que se erosionarán rápidamente si los contactos de arco están desajustados o desgastados. Los disyuntores de limitación de corriente de nueva generación se diferencian de los MCCB estándar y principalmente por sus estructuras de contacto.
Los MCCB estándar utilizan mecanismos de punto de pivote único para los contactos, mientras que los disyuntores de limitación de corriente a menudo usan mecanismos de doble pivote. Véase la Figura 3. Los campos magnéticos alrededor de cada uno de los contactos se repelen y los separan rápidamente. A medida que aumenta la corriente de cortocircuito que fluye a través de ellos, los campos magnéticos se vuelven más fuertes y los contactos se abren más rápido.
Figura 3. MCCBs estándar Vs. ICCBs
Para que estos disyuntores (y fusibles limitadores de corriente) limiten la corriente, la corriente de cortocircuito debe tener un valor lo suficientemente alto como para que se encuentre en su región limitadora de corriente. Si la corriente de cortocircuito está por debajo de este valor, responde como un disyuntor estándar.
Conductos de arco MCCB
Un arco es una descarga sostenida de electricidad a través de un espacio en un circuito o entre electrodos, generalmente acompañada de electrodos (contactos) vaporizados y/o fundidos por el calor extremo del arco.
Un conducto de arco, también conocido como extintor de arco, es una estructura que contiene divisores de arco. Como parte de los contactos, el arco se dibuja entre los contactos de arco. El arco se eleva (debido a su temperatura extrema) y, al hacerlo, es estirado por los divisores de arco. Esto enfría el arco para que pueda extinguirse. Los MCCB usan conductos de arco para estirar los arcos, enfriarlos y extinguirlos, todo en 1-1⁄2 a 2 ciclos. Véase la Figura 4.
Figura 4. Diagrama de canal de arco MCCB
Dispositivos de Protección contra Sobrecorriente (OCPD)
Los MCCB de bastidor pequeño suelen utilizar OCPD térmicos magnéticos.
Un OCPD termomagnético es un OCPD que reacciona al calor creado por la pérdida de cobre (I2R) cuando la corriente pasa a través de un conductor.
La pérdida de cobre es causada por la resistencia del conductor a una corriente que pasa a través de él. Esta pérdida se expresa como calor. Cuanto mayor sea el flujo de corriente a través de un conductor, más calor se crea. Un OCPD termomagnético utiliza una banda bimetálica colocada en la trayectoria de la corriente. La banda bimetálica está hecha de dos metales que tienen diferentes tasas de expansión cuando se calienta. La tira bimetálica está construida de manera que el metal que tiene una mayor tasa de expansión fuerza a la tira bimetálica a desviarse o doblarse y liberar el pestillo de disparo. Esto ocurre cuando el disyuntor detecta una condición de sobrecorriente que dura una cantidad de tiempo predeterminada.
Un OCPD termomagnético proporciona protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos en MCCBs. Un OCPD termomagnético también se conoce como unidad de disparo de propósito general. Otros nombres para un OCPD termomagnético son dispositivo de disparo y unidad de disparo y a menudo se usan indistintamente. En MCCBs de marco grande, se usa típicamente un OCPD electrónico. La información relativa a un OCPD específico se puede encontrar en la placa de identificación OEM colocada en la unidad. Véase la Figura 5.
Figura 5. Un OCPD termomagnético proporciona protección contra sobrecorriente y cortocircuitos en MCCBs y a veces se conoce como unidad de disparo de propósito general.
Un MCCB solo puede tener un OCPD con una clasificación de corriente continua del 80% de la clasificación de fotogramas. Esto se debe a que un OCPD termomagnético tiene una curva característica de tiempo-corriente muy amplia, lo que significa que los fabricantes de equipos originales tienen que hacer una asignación adicional para que el disyuntor se dispare sin dañarse por el calor generado por el exceso de flujo de corriente.
Principio de funcionamiento de MCCB
El mecanismo de funcionamiento de un MCCB abre y cierra los conjuntos de contacto y tiene tres posiciones: abierto, cerrado y de disparo. Los disyuntores de derivación del tipo utilizado para paneles y paneles de iluminación tienen un diseño bastante simple. Véase la Figura 6.
Figura 6. Mecanismo de funcionamiento MCCB
Con los contactos cerrados, el pestillo de disparo está en la posición de pestillo (círculo amarillo). A medida que los contactos se abren y cierran, la posición del pestillo de disparo no se mueve. Este tipo de pestillo de disparo es uno de los principales problemas con MCCBs, ya que, y otras partes del mecanismo de operación, se lubrica en la fábrica.
El flujo de corriente a través de los contactos crea calor, que seca el lubricante con el tiempo. A medida que el lubricante aplicado en fábrica se seca, espesa y ralentiza el rendimiento del interruptor automático. A medida que continúa secándose, comienza a desprenderse y se produce desgaste de metal a metal. Este desgaste de metal a metal y la corrosión que puede ocurrir en el pestillo de disparo pueden causar fácilmente que el disyuntor no se abra según sea necesario. La única vez que el pestillo de disparo cambia de posición es cuando se dispara el disyuntor.
Observe cómo el pestillo de disparo está estacionario en las posiciones abierta y cerrada, pero es diferente en la posición de disparo. El mal funcionamiento del pestillo de disparo es una de las causas principales de que MCCBs no funcione de acuerdo con las especificaciones del OEM. Los MCCB modernos de marco grande a menudo incluyen botones de disparo mecánicos rojos. El botón de disparo acciona el pestillo de disparo directamente. El pestillo de disparo (flecha amarilla en la Figura 6) no se mueve cuando el disyuntor se mueve de la posición abierta a la cerrada. Sin embargo, se mueve cuando se dispara el disyuntor. Véase la Figura 7.
Figura 7. Un moderno Mecanismo de Operación MCCB de marco grande etiquetado como diagrama
Envejecimiento y Pruebas de Interruptores
Un estudio fue realizado por la Comisión Reguladora Nuclear (NRC) en NUREG/ CR-5762, Wyle 60101, Evaluación Integral del Envejecimiento de Interruptores y Relés, (escrito en marzo de 1992) cubre el tema de fallas en MCCBs que habían estado en servicio de tres a cinco años sin mantenimiento.
En este informe, se encontraron varios problemas con los 11 interruptores encuestados. De los 11 disyuntores, 5 tenían defectos de retardo de larga duración y 4 tenían problemas de disparo instantáneo.
Algunos disyuntores tenían fallas de múltiples polos y algunos tenían problemas de retardo instantáneo y prolongado. Aunque el número de encuestas fue limitado, es típico de los problemas observados en el campo durante las pruebas.
El NRC recomendó realizar pruebas de inyección primaria de los disyuntores cada tres años y, si no se pudieron probar, operar el mecanismo «Push-to-Test» o «Twist-to-Test» cada año. Si un disyuntor no tiene tales características de prueba, el NRC recomendó operar la palanca (manija) varias veces rápidamente dos veces al año para ayudar a mantener la funcionalidad.
Conexiones de terminales MCCB
La instalación segura de MCCBs y Disyuntores de Caja Aislada (ICCBs) depende de las terminaciones adecuadas. Si las terminaciones no se completan correctamente, pueden iniciar incendios y dañar el equipo. Muchos ICCBs grandes están atornillados directamente al autobús o son de construcción extraíble. Véase la Figura 8. Los problemas con este tipo de conexiones son bastante infrecuentes.
Los MCCB a menudo se conectan mediante cables o cables conductores trenzados, lo que puede causar problemas porque tienen una tendencia a aflojarse con el tiempo debido al ciclo de calor. Con las conexiones de terminales de disyuntores industriales termomagnéticos trifásicos estándar, los conductores se instalan en los terminales y se ajustan a las especificaciones. El terminal de terminales solo se puede usar para una gama específica de tamaños y tipos de cables. Si el conductor es demasiado pequeño, no tendrá la superficie dentro del terminal para transportar la cantidad de corriente esperada.
Figura 8. Diagrama de terminación ICCB
Cuando un conductor pequeño está conectado a un terminal que debe usarse para un conductor mucho más grande, solo hay contacto punto a punto entre el conductor y el terminal. Este tipo de conexión causa sobrecalentamiento en la conexión y, si no se corrige, hará que el conductor se recocida. Véase la Figura 9.
Figura 9. Terminales de disyuntor
Cuando un conductor se recocida, no transporta la cantidad adecuada de corriente debido al aumento de la impedancia. El aumento de la impedancia provoca un mayor calentamiento, lo que hace que el conductor tenga una alta impedancia. A menudo, el aislamiento alrededor de un conductor recocido se quema completamente debido al calor que se genera. Se debe reemplazar un conductor recocido o se debe cortar la parte recocida y se debe empalmar una nueva pieza del conductor.
El otro problema relacionado con los terminales es el apriete incorrecto. Si el cable se afloja dentro del terminal, la conexión se calentará debido al aumento de la impedancia. Este calentamiento adicional también puede hacer que el conductor se recocida. A menudo, cuando el tornillo de fijación del terminal se afloja, se produce un arco dentro de las roscas del tornillo de fijación. Por lo general, esto no se puede ver desde el exterior, por lo que el técnico puede volver a apretar el tornillo de presión y creer que el problema está resuelto. Sin embargo, el arco dentro de las roscas generalmente evita que el tornillo de presión se apriete más allá de donde tuvo lugar el arco. Independientemente de cuánta fuerza se aplique al tornillo de presión, nunca se aprieta completamente contra el conductor y el sobrecalentamiento continúa. Véase la Figura 10.
Figura 10. MCCB Torque incorrecto