Los protectores de circuito son componentes que protegen los circuitos eléctricos de daños en caso de fallos en el sistema, como alta temperatura, corriente elevada o cortocircuitos. En general, existen tres tipos de protectores: fusibles, interruptores termomagnéticos y disyuntores magnéticos. Los fusibles son una solución económica para capacidades de corriente elevadas, aunque son imprecisos, dependen de la temperatura y quedan destruidos tras cumplir su función de protección. Los interruptores térmicos pueden utilizarse como interruptor principal y se pueden restablecer tras un disparo, pero son dispositivos sensibles al calor que se ven afectados por los cambios de temperatura ambiente.

Los protectores de circuito hidráulico-magnéticos cuentan con mecanismos de detección de corriente hidráulico-magnéticos que solo actúan ante cambios de corriente en el circuito protegido. Estos protectores se combinan con un retardo hidráulico que los hace tolerantes a la corriente de irrupción. Combinan la conmutación de potencia con una protección de circuito precisa y fiable, con retardos de tiempo inverso y función de disparo libre (trip-free).

Gracias a su estabilidad térmica, los protectores de circuito magnéticos no se ven afectados por los cambios de temperatura. A diferencia de los protectores de circuito térmicos, no modifican su corriente de disparo en un amplio rango de temperaturas. Por ello, estos protectores pueden funcionar a cualquier temperatura ambiente comprendida entre -40 °C y +100 °C.

Otra ventaja de los protectores de circuito hidráulico-magnéticos es su principal característica de seguridad: la acción de disparo libre (trip-free). El mecanismo de retardo trip-free detecta el fallo y bloquea el cierre del circuito en caso de sobrecarga, incluso cuando los contactos se cierran manualmente. Esto evita que el operador dañe el circuito protegido al mantener la palanca en la posición ON.

Los protectores de circuito hidráulico-magnéticos son una solución adecuada para aplicaciones como comunicaciones, navegación e instrumentación aeronáutica, radares y fuentes de alimentación. Estos protectores de circuito deben utilizarse siempre que las condiciones del sitio puedan influir en el funcionamiento normal de los protectores de circuito, incluidas las bajas temperaturas que podrían impedir el disparo de la protección térmica, las altas temperaturas que podrían activar la protección térmica sin sobrecarga, y la humedad, que puede absorber calor y afectar el funcionamiento.

Configuración de los protectores de circuito hidráulico-magnéticos

Los protectores de circuito hidráulico-magnéticos pueden diseñarse con las siguientes configuraciones: disparo en serie, disparo por relé, indicación remota y disparo por tensión. El diagrama esquemático y la ilustración de las diferentes combinaciones pueden encontrarse en la hoja de datosdel protector de circuito.

El disparo en serie es la configuración más popular para los protectores hidráulico-magnéticos. En esta configuración, la bobina de detección y los contactos están conectados en serie con la carga protegida (Figura 1). La posición de la palanca indica de forma práctica el estado del circuito. Además de proporcionar la protección convencional contra sobrecorriente, se utiliza simultáneamente como dispositivo de desconexión de potencia.

Figura 1. Configuración del protector de circuito con disparo en serie.

La configuración de disparo shunt está diseñada para controlar dos cargas independientes con un solo conjunto. Esta configuración proporciona protección contra sobrecarga para la carga crítica. Cuando la corriente de carga se vuelve excesiva y alcanza el punto de disparo, el protector se dispara y corta la alimentación de ambas cargas simultáneamente. La corriente nominal total de ambas cargas no debe superar la capacidad máxima de contacto del protector.

Figura 2. Configuración del protector de circuito con disparo shunt.

La configuración de disparo por relé permite colocar la bobina de detección de sobrecarga en un circuito eléctricamente aislado de los contactos de disparo. La bobina puede activarse mediante sensores que monitorizan presión, caudal, temperatura, velocidad, etc. El disparo se realiza mediante tensión o corriente, que debe eliminarse inmediatamente después del disparo.

Figura 3. Configuración del protector de circuito con disparo por relé.

La indicación remota incluye contactos aislados eléctricamente. Estos contactos ofrecen una acción de conmutación SPDT (un polo, doble tiro: un terminal de entrada y dos terminales de salida), que puede utilizarse para indicar los estados de «encendido» y «apagado» o para activar luces, alarmas o dispositivos de temporización.

La configuración de disparo por tensión (también conocida como disparo de pánico) permite abrir los contactos de alimentación principales con entradas de menor potencia procedentes de una o varias fuentes. Esta configuración es cada vez más importante para circuitos sensibles y embalajes más densos en sistemas de automatización. Esta solución está disponible en configuraciones en serie, shunt o relé.

Figura 4. Configuración del protector de circuito con disparo por tensión.

Parámetros importantes de los protectores de circuito hidráulico-magnéticos

Las principales características del disyuntor hidráulico-magnético son la tolerancia a los pulsos de irrupción, el retardo de tiempo (que depende de la amplitud de pico de la corriente), los valores nominales, la capacidad de cortocircuito y las combinaciones multipolares.

La tolerancia a los pulsos se define como un único pulso de amplitud de pico de corriente de media onda senoidal con una duración de 8 ms que no dispara el protector de circuito. El fabricante, generalmente siguiendo una tabla, proporciona una comparación de la tolerancia a los pulsos de irrupción con y sin la función de retardo inercial para cada uno de los retardos de 50/60 Hz. Además, las especificaciones proporcionan las curvas de retardo para los retardos estándar instantáneo, corto y largo.

Los valores nominales de los protectores de circuito representan los valores definidos de corriente, tensión y frecuencia en el funcionamiento nominal del protector. Por ejemplo, los protectores Sensata AP están disponibles con valores de corriente nominal de 50 mA a 20 A, tensión máxima de 50 Vcc o 240 Vca, y frecuencia de 60 Hz o 400 Hz.

La capacidad de cortocircuito indica la capacidad de interrupción del protector de circuito. Esto representa la corriente RMS máxima que estaría presente si todos los conductores estuvieran conectados directamente al punto de fallo. Por ejemplo, los protectores suplementarios Sensata AP tienen una capacidad de cortocircuito de 1000 amperios a 32 Vcc, 120 Vca, 240 Vca, 60 Hz o 400 Hz. El tipo MIL-PRF-39019 es de 500 A a 50 Vcc, 500 A a 120 Vca y 300 A a 240 Vca, 60 Hz o 400 Hz.

Los protectores pueden diseñarse en unidades unipolares o multipolares. Algunos tipos específicos están disponibles únicamente en unidades unipolares, principalmente debido a las normativas UL/CSA que especifican las distancias de fuga y de aislamiento. Otros tipos de protectores de circuito hidráulico-magnéticos están disponibles en unidades de disparo en serie de uno, dos y tres polos, con o sin contactos auxiliares. Un representante adecuado de este tipo de protector es el Sensata-Airpax AP-MIL.

Un enlace de disparo común entre todos los polos es una característica de seguridad importante para los protectores de circuito multipolares, ya que garantiza que una sobrecarga en un polo dispare todos los polos adyacentes. Los protectores de circuito multipolares ofrecen diferentes variantes, desde unidades bipolares simples con un disyuntor en serie y un interruptor ON/OFF sencillo, hasta unidades tripolares más complejas con una configuración en serie, una en shunt y una por relé, con contactos auxiliares de circuito indicador.

Los protectores bipolares consisten en dos unidades básicas combinadas en una carcasa sellada para proporcionar protección a un circuito doble. Una aplicación habitual de los protectores bipolares es interrumpir uno o ambos lados de una línea eléctrica.

Los protectores tripolares se utilizan cuando es necesario proteger simultáneamente tres circuitos. Una palanca de accionamiento cierra todos los circuitos, y todos los polos se disparan ante una sobrecarga en cualquier circuito. Existen diferentes variantes disponibles. Algunas combinaciones típicas podrían ser tres polos en serie; dos en serie y uno en shunt; dos en serie y uno por relé; o tres en serie con un conjunto de contactos auxiliares.

El mercado ofrece disyuntores hidráulico-magnéticos con designación QPL

Los protectores de circuitos deben satisfacer plenamente todos los requisitos de las aplicaciones correspondientes. Existen laboratorios independientes y normativas que certifican que los protectores pueden funcionar de forma segura en las condiciones ambientales y de aplicación previstas. Por ejemplo, la serie AP/UP de protectores de circuitos hidráulico-magnéticos de Sensata cuenta con dos certificaciones fundamentales que permiten utilizarla en aplicaciones especializadas: la Lista de Productos Calificados (QPL) y la aprobación FM (Factory Mutual Research). QPL es una designación militar para aplicaciones militares.

Los protectores Sensata-Airpax AP-MIL son los únicos disyuntores hidráulico-magnéticos del mercado con designación QPL. Estos protectores se fabrican de acuerdo con la norma MIL-PRF-39019 y cuentan con una carcasa sellada. La integridad estanca del panel se logra mediante una junta tórica en el buje y un prensaestopas de caucho de silicona dentro del conjunto de buje/palanca. La prueba de niebla salina según MIL-STD-202, Método 101, Condición de prueba B, no reveló indicios de corrosión ni daños eléctricos o mecánicos. Puede funcionar en entornos peligrosos y no se ve afectado por el polvo ni el agua. El disyuntor tampoco se ve afectado por condiciones de campo como el polvo o la lluvia, lo que le permite permanecer siempre listo para su uso.

FM Approvals/ATEX es un servicio de pruebas y certificación utilizado para verificar que los productos cumplen con rigurosos estándares de prevención de pérdidas en cuanto a calidad, integridad técnica y rendimiento para su uso en instalaciones comerciales e industriales. Esta certificación significa que los protectores de circuito pueden funcionar en zonas de Clase 1/Div 2, que incluyen lugares donde pueden estar presentes concentraciones inflamables de gases en condiciones anómalas.

El protector de circuito Sensata-Airpax UP es un protector de circuito hidráulico-magnético único, capaz de interrumpir corrientes tanto de CA como de CC, con aprobación FM/ATEX. Sin esta aprobación, la alternativa sería: A) crear una carcasa sellada costosa, lo que aumentaría el costo y la complejidad, o B) ubicar los disyuntores y la electrónica asociada fuera del sitio. Una aplicación típica de este protector se encuentra en las plataformas petrolíferas marinas. En estas aplicaciones, la opción B no está disponible. Este certificado es muy importante para las aplicaciones petroquímicas.

Cómo seleccionar el protector de circuito adecuado

Los protectores de circuito están totalmente adaptados a su aplicación y a las especificidades del circuito protegido. Los clientes deben saber cómo seleccionar los protectores de circuito adecuados para sus aplicaciones. Algunos fabricantes, como Sensata, organizan sus productos según diferentes criterios para ayudar a los clientes a seleccionar los protectores de circuito adecuados para sus aplicaciones.

Los siguientes parámetros deben tenerse en cuenta al seleccionar los protectores de circuito adecuados:

1. Especificidades del circuito protegido (tipo de protector según la aplicación)
2. Número de polos
3. Configuración interna
4. Frecuencia (Hz) y retardo
5. Corriente nominal
6. Certificados de aprobación

El nombre del producto contiene toda la información necesaria sobre el protector de circuito:

1. AP - protector de circuito magnético totalmente sellado (por ejemplo, utilizado en aplicaciones militares)
2. 12 - Unidad bipolar
3. 1 - Configuración interna en serie
4. 51 - Retardo corto de CC
5. 203 – 20 amperios
6. FM – Aprobado por FM

La siguiente figura ilustra un ejemplo de un protector hidráulico-magnético AP: AP12 -1-51-203-FM.

Significado del nombre del producto. (Imagen cortesía de Sensata Technologies.)

Para obtener más información sobre los protectores de circuito hidráulico-magnéticos, o sobre la serie AP/UP de Sensata, visite Masterelectronics.com.

Esta publicación ha sido patrocinada por Master Electronics. Todas las opiniones son de Edis Osmanbasic (Engineering.com)