Laboratorio
Disección de un interruptor termomagnético

El interruptor termomagnético, llave térmica o breaker es un aparato utilizado para la protección de los circuitos eléctricos contra cortocircuitos y sobrecargas.
Procederemos la disección de un interruptor Zoloda Z100 de 25 A hasta llegar a sus más mínimos componentes y analizaremos su funcionamiento.


Procederemos la disección de un interruptor Zoloda Z100 de 25 A  hasta llegar a sus más mínimos componentes y analizaremos su funcionamiento.



Para la apertura del interruptor se quitan los cuatro remaches de bronce ubicados en los laterales y se retira la tapa derecha.

Para la apertura del interruptor se quitan los cuatro remaches de bronce ubicados en los laterales y se retira la tapa derecha.



La totalidad de los componentes internos quedan expuestos en su ubicación original:

 La totalidad de los componentes internos quedan expuestos en su ubicación original



Entre los que podemos identificar los principales: Dispositivo térmico, dispositivo magnético, cámara de extinción de arcos, palanca de accionamiento y borneras de conexión de conductores de entrada y salida.

Una vez abierto el interruptor, podemos identificar sus principales componentes: Dispositivo térmico, dispositivo magnético, cámara de extinción de arcos, palanca de accionamiento y borneras de conexión de conductores de entrada y salida


Con los componentes a la vista analizaremos su funcionamiento.

Funcionamiento

El funcionamiento de un interruptor termomagnético se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente hacia la carga.

El funcionamiento de un interruptor termomagnético se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule).



Magnético

Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado, tiende a abrir un contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor termomagnético) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente.

Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado, tiende a abrir un contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor termomagnético) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente.



Protección contra cortocircuitos: Su característica de disparo es a tiempo independiente, es decir que a partir de cierto valor de corriente de falla la protección actúa, siempre en el mismo tiempo.


Térmico


La otra parte está constituida por una lámina bimetálica que, al calentarse por encima de un determinado límite por efecto de la corriente que circula por ella, sufre una deformación y pasa a una posición que activa el correspondiente dispositivo mecánico, provoca la apertura del contacto. Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se eleva la corriente por conexión de aparatos o mal funcionamiento de los mismos.

La otra parte está constituida por una lámina bimetálica que, al calentarse por encima de un determinado límite por efecto de la corriente que circula por ella, sufre una deformación y pasa a una  posición que activa  el correspondiente dispositivo mecánico, provoca la apertura del contacto. Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se eleva la corriente por conexión de aparatos o mal funcionamiento de los mismos.

 


Protección contra sobrecargas: Su característica de disparo es a tiempo dependiente o inverso, es decir que a mayor valor de corriente es menor el tiempo de actuación.



Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas.

Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas.



Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las condiciones de sobrecarga o cortocircuito. Incluso volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la palanca

Los contactos disponen de una cámara apaga-chispas, que extingue arcos eléctricos durante el momento de apertura de estos por lo que reducen su deterioro.

Los contactos disponen de una cámara apaga-chispas, que extingue arcos eléctricos durante el momento de apertura de estos por lo que reducen su deterioro.


Como resultado del desmantelamiento total del interruptor, obtuvimos las siguientes piezas:

-Lámina bimetálica
-Contacto móvil
-Contacto fijo
-Bobina del solenoide
-Embolo del solenoide
-Remaches
-Tapas
-Resortes
-Pernos
-Bornes
-Dispositivo de corte
-Palanca
-Cámara apaga chispas
-Traba para riel DIN 


Como resultado del desmantelamiento total del interruptor, obtuvimos las siguientes piezas: Lámina bimetálica, Contacto móvil, Contacto fijo, Bobina del solenoide, Embolo del solenoide, Remaches, Tapas, Resortes, Pernos, Bornes, Dispositivo de corte, Palanca, Cámara apaga chispas , Traba para riel DIN.  


Curvas de disparo

Una sobrecarga, caracterizada por un incremento paulatino de la corriente por encima de la In, puede deberse a una anomalía permanente que se empieza a manifestar (falla de aislación), también pueden ser transitorias (por ejemplo, corriente de arranque de motores).

Tanto cables como receptores están dimensionados para admitir una carga superior a la normal durante un tiempo determinado sin poner en riesgo sus características aislantes.

Cuando la sobrecarga se manifiesta de manera violenta (varias veces la In) de manera instantánea estamos frente a un cortocircuito, el cual deberá aislarse rápidamente para salvaguardar los bienes.


Una sobrecarga, caracterizada por un incremento paulatino de la corriente por encima de la In, puede deberse a una anomalía permanente que se empieza a manifestar (falla de aislación), también pueden ser transitorias (por ejemplo, corriente de arranque de motores).



Un interruptor automático contiene dos protecciones independientes para garantizar:

1- Protección contra sobrecargas: Su característica de disparo es a tiempo dependiente o inverso, es decir que a mayor valor de corriente es menor el tiempo de actuación.
2- Protección contra cortocircuitos: Su característica de disparo es a tiempo independiente, es decir que a partir de cierto valor de corriente de falla la protección actúa, siempre en el mismo tiempo.

Las normas IEC 609 7- y 60898 fijan las características de disparo de las protecciones de los interruptores automáticos.

Curva B: Circuitos resistivos (para influencia de transitorios de arranque) o con gran longitud de cables hasta el receptor.
Curva C: Cargas mixtas y motores normales en categoría AC (protección típica en el ámbito residencial).
Curva D: Circuitos con transitorios fuertes, transformadores, capacitores, etc.
Principales aplicaciones 



Las normas IEC 609 7- y 60898 fijan las características de disparo de las protecciones de los interruptores automáticos. 



Selección de un interruptor termomagnético


En la elección de un Interruptor Termomagnético debe tener presente, estas características:

Cierre rápido: Es la capacidad de los contactos del interruptor de cerrarse rápidamente, independiente de la velocidad de maniobra del operador. Evita el desgaste prematuro de los contactos.

Resistencia a los choques eléctricos: Es la aptitud de mantener la rigidez dieléctrica de sus contactos abiertos evitando la circulación de corriente hacia la carga provocada por sobretensiones transitorias (según onda 8/20us) que crean arcos eléctricos de corta duración y peligrosos. La variable medible es la tensión de impulso, se mide en kV y la norma IEC 60947-2 exige 4 kV.

Cámara de extinción de arco con limitación de la corriente de C.C. clase 3 según norma EN60898 (recomendado por el nuevo reglamento AEA en su ANEXO E) que permite el menor deterioro de la instalación sufrida por el shock calórico durante un cortocircuito.

Resistencia a los choques mecánicos: Su envolvente termoplástica flexible permite evitar quiebres y roturas del interruptor debido a condiciones severas de manipulación, hasta 30G (G: aceleración de gravedad). Por ejemplo, caída accidental del embalaje o el interruptor suelto mientras se está montando.


Detalle de la bobina del solenoide.


 


Por: Leandro Kessler


Fuentes: Wikipedia – www.tuveras.com – Zoloda




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