Comprender las Curvas de viaje
Introducción
Las curvas de viaje, también conocidas como Curvas de Tiempo Actual, pueden ser un tema intimidante. El objetivo de este breve artículo es presentarle el concepto de curvas de viaje y explicarle cómo leerlas y entenderlas.
¿Qué es UL?
Underwriters Laboratories (UL) se estableció en 1894 como Underwriters Electrical Bureau, una oficina de la Junta Nacional de Aseguradores de Incendios. UL se fundó principalmente para proporcionar pruebas y certificaciones independientes para la seguridad contra incendios de productos eléctricos. Estos productos incluyen dispositivos de protección de circuitos que se analizan en este documento.
Dispositivos de protección de circuitos
La protección de circuitos se emplea para proteger cables y equipos eléctricos de daños en caso de sobrecarga eléctrica, cortocircuito o falla a tierra. Las tormentas eléctricas, las tomas de corriente sobrecargadas o una sobrecarga eléctrica repentina pueden resultar en una situación peligrosa con el potencial de causar incendios, daños al equipo o lesiones personales. La protección del circuito está diseñada para eliminar este riesgo antes de que ocurra al cortar la alimentación del circuito.
¿Qué es una curva de viaje?
En pocas palabras, una curva de disparo es una representación gráfica del comportamiento esperado de un dispositivo de protección de circuitos. Los dispositivos de protección de circuitos vienen en muchas formas, incluidos fusibles, disyuntores en miniatura, disyuntores de caja moldeada, protectores suplementarios, disyuntores de protección de motores, relés de sobrecarga, fusibles electrónicos y disyuntores de aire.
Las curvas de disparo trazan el tiempo de interrupción de los dispositivos de sobrecorriente en función de un nivel de corriente dado. Son proporcionados por los fabricantes de dispositivos de protección de circuitos para ayudar a los usuarios a seleccionar dispositivos que proporcionen la protección y el rendimiento adecuados del equipo, al tiempo que se evitan los tropiezos molestos.
Diferentes tipos de Curvas de viaje
¿Por qué necesitamos curvas de viaje diferentes?
Los disyuntores deben activarse lo suficientemente rápido como para evitar fallas en el equipo o el cableado, pero no tan rápido como para provocar errores falsos o molestos.
Para evitar tropiezos molestos, los disyuntores deben dimensionarse adecuadamente para compensar la corriente de entrada. NEMA define la irrupción de pico instantáneo como la corriente transitoria momentánea que ocurre inmediatamente (dentro de la mitad de un ciclo de CA) después del cierre del contacto.
La corriente de entrada es lo que hace que las luces se atenúen en una casa cuando se enciende un motor, como el de una secadora de ropa o una aspiradora.
La figura 2 (a continuación) es un ejemplo de la corriente de entrada para un motor de CA.
Como muestra el gráfico, la corriente de entrada causada por encender el motor es de 30A. Es mucho más alta que la corriente de funcionamiento o de estado estacionario. La irrupción de los picos de corriente, luego comienza a decaer a medida que el motor gira.
Necesitamos diferentes curvas de disparo para equilibrar la cantidad correcta de protección contra sobrecorriente contra un funcionamiento óptimo de la máquina. Elegir un disyuntor con una curva de disparo que se dispara demasiado pronto puede resultar en un disparo molesto. Elegir un disyuntor que se dispare demasiado tarde puede causar daños catastróficos a la máquina y a los cables.
¿Cómo funciona un MCB?
Para comprender una curva de disparo, es útil comprender cómo funciona un interruptor automático en miniatura o un dispositivo de protección contra sobrecorriente. La Figura 3 a continuación muestra un vistazo al interior de un Interruptor Automático en Miniatura (MCB).
Con una tira bimetálica (2) y una bobina/solenoide magnético (6), un disyuntor en miniatura puede ser dos tipos separados de dispositivos de protección de circuitos en uno. La banda bimetálica proporciona protección contra sobrecargas en respuesta a sobrecorrientes más pequeñas, normalmente 10 VECES la corriente de funcionamiento. La tira metálica consta de dos tiras de metales diferentes, formadas juntas, que se expanden a diferentes velocidades a medida que se calientan. En una situación de sobrecarga, la tira bimetálica se dobla y este movimiento acciona un mecanismo de disparo y rompe (abre) el circuito. La tira convierte un cambio de temperatura en desplazamiento mecánico.
La bobina magnética o solenoide (6) reacciona a sobrecorrientes rápidas y más altas causadas por cortocircuitos, generalmente superiores a 10 VECES la corriente de funcionamiento, hasta decenas o cientos de miles de amperios. La alta corriente hace que la bobina genere un campo magnético, moviendo el pistón interno rápidamente (en microsegundos) para activar el mecanismo del actuador y romper el circuito.
La Curva de viaje
La figura 4 (a continuación) es un gráfico de Curva de viaje.
- El eje X representa un múltiplo de la corriente de funcionamiento del disyuntor.
- El eje Y representa el tiempo de disparo. Se utiliza una escala logarítmica para mostrar los tiempos desde .001 segundos hasta 10.000 segundos (2,77 horas) a múltiplos de la corriente de funcionamiento.
La figura 5 (abajo) muestra una Curva de Viaje B superpuesta en el gráfico. Los tres componentes principales de la Curva de Disparo son:
- Curva de Disparo Térmico. Esta es la curva de disparo de la tira bimetálica, que está diseñada para sobrecorrientes más lentas para permitir la acometida/arranque, como se describió anteriormente.
- Curva de disparo magnético. Esta es la curva de disparo de la bobina o solenoide. Está diseñado para reaccionar rápidamente a sobrecorrientes grandes, como una condición de cortocircuito.
- La Curva de Viaje Ideal. Esta curva muestra cuál es la curva de disparo deseada para la tira bimetálica. Debido a la naturaleza orgánica de la banda bimetálica y a las cambiantes condiciones ambientales, es difícil predecir con precisión el punto de disparo exacto.
¿Cómo se relaciona una curva de disparo con un disyuntor real?
La figura 6 (a continuación) muestra cómo se relacionan los componentes internos del MCB con la curva de disparo.
La parte superior del gráfico muestra la curva de disparo térmico de la tira bimetálica. Nos dice que a 1,5 Veces la corriente nominal, el disparo más rápido del disyuntor es de cuarenta segundos (1). Cuarenta segundos a 2 VECES la corriente nominal es la más lenta que se disparará el disyuntor (2).
La parte inferior de la tabla es para el viaje magnético de la bobina/solenoide; de 0,02 a 2,5 segundos a 3 VECES la corriente nominal es lo más pronto que el disyuntor se disparará (3). La misma duración, de 0,02 a 2,5 segundos, a 5 veces la corriente nominal, es lo más largo que tardará el disyuntor en dispararse (4).
El área sombreada en el medio es la Zona de disparo.
IMPORTANTE: Las curvas de disparo representan el comportamiento previsto de un disyuntor en un estado frío (temperatura ambiente). Un estado frío es cuando la banda bimetálica está dentro de la temperatura de funcionamiento ambiente especificada para el interruptor. Si el interruptor ha experimentado un disparo térmico reciente y no se ha enfriado a la temperatura ambiente, puede dispararse antes.
Uniendo todo
La figura 7 (a continuación) pone estos conceptos en una imagen más clara.
Tome nota especial de la Zona de disparo donde el interruptor puede o no dispararse. Piensa en esto como el área de los gatos de Schrödinger. Dentro de la zona, hasta que ocurra un evento de sobrecorriente, no sabemos exactamente cuándo/si el interruptor se activará (Gato de Schrödinger = muerto) o si el interruptor no se activará (Gato de Schrödinger = vivo).
Ahora que lo hemos reunido todo, está claro que la elección de un disyuntor de curva B de 10A podría resultar en disparos molestos, ya que el disyuntor ingresa a la zona de disparo a 30A (Consulte la figura 8 a continuación. Los disyuntores de curva D son la opción más común para motores eléctricos, aunque a veces se puede elegir un disyuntor de curva C para aplicaciones que tienen cargas mixtas en el mismo circuito.
Las tres curvas de disparo más comunes para Interruptores automáticos en miniatura son B, C y D. Al colocar las tres en un gráfico (Figura 9, a continuación), podemos ver cómo la porción térmica de las curvas es similar entre sí, pero hay diferencias en cómo funciona la curva magnética (bobina/solenoide) y, por lo tanto, el interruptor automático.
En resumen:
La protección de circuitos se emplea para proteger cables y equipos eléctricos de daños en caso de sobrecarga eléctrica, cortocircuito o falla a tierra. Las tormentas eléctricas, las tomas de corriente sobrecargadas o una sobrecarga eléctrica repentina pueden resultar en una situación peligrosa con el potencial de causar incendios, daños al equipo o lesiones personales. La protección del circuito está diseñada para eliminar este riesgo antes de que ocurra al cortar la alimentación del circuito.
- Los dispositivos de protección de circuitos incluyen fusibles, disyuntores en miniatura, disyuntores de caja moldeada, protectores suplementarios, disyuntores de protección de motor, relés de sobrecarga, fusibles electrónicos y disyuntores de aire.
- Las curvas de disparo predicen el comportamiento de los dispositivos de protección de circuitos tanto en condiciones de sobrecorriente más pequeñas y lentas como en condiciones de sobrecorriente más grandes y rápidas.
- Elegir la curva de disparo correcta para su aplicación proporciona una protección de circuito confiable, al tiempo que limita las molestias o los falsos viajes.
Este documento es un breve resumen de las curvas de viaje. No pretende ser la respuesta final sobre este tema. Hay mucho más que aprender, incluidos otros tipos de curvas de disparo y coordinación de interruptores automáticos. Con los conceptos básicos ahora cubiertos, uno puede abordar con confianza esos temas.
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