Interruptores Magnetotérmicos (MCB): Construcción, Funcionamiento, Tipos y Aplicaciones

¿Qué es MCB (Interruptor Magnetotérmico) – Construcción, Funcionamiento, Tipos y Aplicaciones

Introducción a los Interruptores Magnetotérmicos (MCB)

Todos los fusibles deben reemplazarse por MCB "Interruptor Magnetotérmico" para mejor seguridad y control cuando han cumplido su función. A diferencia de un fusible, un MCB opera como interruptor automático que se abre ante corriente excesiva en el circuito y, una vez que el circuito vuelve a la normalidad, puede recerrarse sin reemplazo manual.

Los MCB se usan principalmente como alternativa al interruptor-fusible en la mayoría de circuitos. Hoy existe gran variedad de MCB con capacidad de ruptura de 10kA a 16kA, en todas las áreas de aplicaciones domésticas, comerciales e industriales como medio de protección confiable.

¿Qué es un Interruptor Magnetotérmico (MCB)?

Un MCB o interruptor magnetotérmico es un dispositivo electromagnético que contiene un recinto completo en material aislante moldeado. Su función principal es conmutar el circuito, es decir, abrirlo automáticamente cuando la corriente que lo atraviesa supera el valor para el que está calibrado. Puede conmutarse manualmente ON y OFF como un interruptor normal si es necesario.

Los MCB son dispositivos de disparo con retardo temporal, donde la magnitud de la sobrecorriente controla el tiempo de operación. Operan cuando existen sobrecargas el tiempo suficiente para crear peligro al circuito protegido.

Por tanto, los MCB no responden a cargas transitorias como picos de conmutación y corrientes de arranque de motores. Generalmente, diseñados para operar en menos de 2.5 milisegundos en cortocircuitos y 2 segundos a 2 minutos en sobrecargas (según nivel de corriente).

Apariencia externa típica de un MCB. Se fabrican en versiones de diferentes polos: unipolar, bipolar, tripolar y tetrapolar con diferentes niveles de corriente de fallo.

Mayormente, los MCB se enlazan para dar versiones bipolar y tripolar de modo que un fallo en una línea rompa el circuito completo, proporcionando aislamiento total. Útil en protección de motores trifásicos contra monofaseo.

Calibrados a 220V para CC y 240/415V para CA (mono y trifásico) con diferentes capacidades de corriente de cortocircuito. Típicamente, dispositivos monofásicos tienen rango de corriente de carga hasta 100A. Algunos MCB permiten ajustar su capacidad de corriente de disparo; otros son fijos para cierta corriente de carga y calificación de cortocircuito.

Los MCB realizan funciones como: interruptores de control local, interruptores de aislamiento contra fallos, y dispositivos de protección contra sobrecargas para instalaciones o equipos específicos.

Construcción del MCB

Un MCB contiene un recinto completo en material aislante moldeado, proporcionando alojamiento mecánicamente fuerte y aislado.

El sistema de conmutación consta de un contacto fijo y uno móvil donde se conectan cables de entrada y salida. Las partes metálicas o conductoras son de cobre electrolítico o aleación de plata según la calificación.

Al separarse los contactos en sobrecarga o cortocircuito, se forma un arco eléctrico. Todos los MCB modernos manejan procesos de interrupción de arco donde la extracción de energía y enfriamiento se realizan mediante placas divisor de arco metálicas.

Estas placas se mantienen en posición por material aislante. También se proporciona corredor de arco para forzar el arco producido entre contactos principales.

El mecanismo de operación consta de disparo magnético y térmico.

El disparo magnético consiste esencialmente en un sistema magnético compuesto con amortiguador cargado por resorte con núcleo magnético en fluido de silicona, y un disparo magnético normal. Una bobina conductora en el arreglo mueve el núcleo contra el resorte hacia una pieza polar fija. Así se desarrolla tracción magnética en la palanca de disparo cuando hay campo magnético suficiente producido por la bobina.

En cortocircuitos o sobrecargas fuertes, el campo magnético producido por las bobinas (solenoide) es suficiente para atraer el armadura de la palanca de disparo independientemente de la posición del núcleo en el amortiguador.

El disparo térmico consiste en una lámina bimetálica alrededor de la cual se bobina un calentador para crear calor según el flujo de corriente.

El diseño del calentador puede ser directo (corriente pasa por la lámina bimetálica afectando parte del circuito) o indirecto (bobina de conductor por donde circula corriente enrollada alrededor de la lámina). La deflexión de la lámina bimetálica activa el mecanismo de disparo en ciertas condiciones de sobrecarga.

Las láminas bimetálicas son de dos metales diferentes, usualmente latón y acero. Remachados y soldados a lo largo de su longitud. Diseñadas para no calentar hasta punto de disparo con corrientes normales, pero si la corriente supera el valor nominal, la lámina se calienta, dobla y dispara el pestillo. Se eligen para proporcionar retardos temporales específicos bajo ciertas sobrecargas.

Funcionamiento y Operación del MCB

En condiciones normales, el MCB opera como interruptor (manual) para conectar o desconectar el circuito. En sobrecarga o cortocircuito, opera o dispara automáticamente interrumpiendo la corriente en el circuito de carga.

La indicación visual del disparo se observa por el movimiento automático de la palanca de operación a posición OFF. Esta operación automática se obtiene de dos formas como vimos en la construcción: disparo magnético y térmico.

En sobrecarga, la corriente a través del bimetal eleva su temperatura. El calor generado en el propio bimetal causa deflexión por expansión térmica de los metales. Esta deflexión libera el pestillo de disparo y los contactos se separan.

En algunos MCB, el campo magnético generado por la bobina desarrolla tracción sobre los bimetales de modo que la deflexión activa el mecanismo de disparo.

En cortocircuito o sobrecarga fuerte, el disparo magnético entra en acción. En condiciones normales, el núcleo se mantiene en posición por un resorte ligero porque el campo magnético de la bobina no es suficiente para atraer el pestillo.

Cuando fluye corriente de fallo, el campo magnético generado por la bobina supera la fuerza del resorte que mantiene el núcleo. El núcleo se mueve y acciona el mecanismo de disparo.

Una combinación de ambos mecanismos magnético y térmico se implementa en la mayoría de interruptores magnetotérmicos. En ambas operaciones, se forma un arco al separarse los contactos. Este arco es forzado hacia las placas divisor de arco vía corredor de arco.

Estas placas divisor también llamadas cámaras de extinción donde el arco se divide en serie de arcos y simultáneamente se extrae energía y enfría. Así se logra la extinción del arco.

Tipos de Interruptores Magnetotérmicos (MCB)

Hay muchos tipos de interruptores mientras los MCB se clasifican en tres tipos principales según sus corrientes de disparo instantáneo:

1. Tipo B MCB
2. Tipo C MCB
3. Tipo D MCB

Tipo B MCB

Dispara instantáneamente a 3-5 veces su corriente nominal. Usados normalmente para cargas resistivas o pequeñas inductivas donde los picos de conmutación son muy pequeños. Adecuados para instalaciones residenciales o comerciales ligeras.

Tipo C MCB

Dispara instantáneamente a 5-10 veces su corriente nominal. Usados para cargas inductivas altas donde los picos de conmutación son altos: pequeños motores eléctricos e iluminación fluorescente.

En estos casos, los MCB tipo C son preferidos para manejar valores más altos de corrientes de cortocircuito. Adecuados para instalaciones comerciales e industriales altamente inductivas.

Tipo D MCB

Dispara instantáneamente a 10-25 veces su corriente nominal. Usados para cargas inductivas muy altas donde la corriente de arranque es muy frecuente.

Adecuados para aplicaciones industriales y comerciales específicas. Ejemplos comunes: máquinas de rayos X, sistemas UPS, equipos de soldadura industrial, motores de gran bobinado, etc.

Los tres tipos anteriores proporcionan protección dentro de una décima de segundo. Las corrientes mínimas y máximas de disparo se muestran en tabla, donde "Ir" es la corriente nominal del MCB.

Los MCB también pueden clasificarse según número de polos: unipolar, bipolar, tripolar y tetrapolar.

Cómo Seleccionar el MCB Adecuado para Diferentes Cargas

Elegir un MCB particular para una aplicación específica es una tarea cuidadosa para asegurar protección confiable contra sobrecargas y cortocircuitos. Si no se selecciona según los requisitos del circuito, habrá disparos no deseados frecuentes.

Antes de entrar en detalles, debemos conocer la Diferencia entre MCB, MCCB, ELCB, RCB, RCD o RCCB, y Cómo Leer los Datos de la Placa de Características del MCB.

Si está subdimensionado (calificación MCB menor que corriente nominal de carga), causa disparos frecuentes interrumpiendo corriente a la carga, porque la corriente nominal del MCB es menor que la de la carga.

Si está sobredimensionado (calificación MCB mayor que corriente nominal de carga), la carga no será protegida eficientemente. El MCB no disparará aunque la carga consuma sobrecorriente.

Tres factores a considerar para seleccionar MCB adecuado:

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1. Calificación Nominal del Interruptor

Es la corriente nominal en amperios del MCB. Este valor debe ser menor que la capacidad de corriente del cableado y mayor o igual a la corriente de carga máxima en el sistema. Generalmente, debe manejar 125% de carga continua más calificación de carga no continua. Típicamente:

Corriente de carga máxima en el sistema ≤ Calificación de corriente del MCB ≤ Calificación del cable

2. Calificación kA o Capacidad de Ruptura

Se refiere a la capacidad del MCB para disparar o interrumpir el circuito en condiciones de cortocircuito. Expresado en Kilo Amperios (kA). No debe ser menor que la corriente de cortocircuito prospectiva.

La corriente de cortocircuito prospectiva es la corriente máxima existente en el circuito durante cortocircuito. En instalaciones residenciales 6kA es suficiente; 10kA o más para comerciales e industriales ligeras. Más sobre: Por Qué la Capacidad del Interruptor se Calificaba en MVA y Ahora en kA y kV

3. Tipo de MCB

El tipo necesario para una aplicación específica se decide por características de operación: varias corrientes nominales requeridas para operar cargas instantáneamente. Ya mencionamos los tipos para diferentes aplicaciones.

Aplicaciones del MCB (Interruptor Magnetotérmico)

Como las funciones y aplicaciones principales ya se describieron, el uso básico del MCB es proteger un circuito (cableado, carga conectada, equipos) en caso de:

• Cortocircuito
• Sobrecorriente
• Sobrecarga