Un instalador solar ubicado en Arizona contactó a nuestro departamento de soporte técnico respecto a un desafío con su instalación que había detenido la ejecución de todo el proyecto. Un pequeño sistema de almacenamiento de energía en batería estaba listo para su puesta en marcha y el instalador requería un interruptor de circuito de 63 amperios para proteger la salida de CA del inversor. El instalador tenía un interruptor de circuito de CC en la estantería que estaba clasificado para 63 amperios, configurado para trabajar con el número de polos requeridos, y clasificado para operar a la tensión correcta; también encajaba correctamente en el riel DIN. El instalador instaló el interruptor, lo encendió y el sistema funcionó correctamente durante aproximadamente 3 semanas hasta el día en que el interruptor se disparó bajo carga máxima. El instalador reinició el interruptor después de que se disparó y se disparó nuevamente con los contactos del interruptor de circuito fusionados en posición cerrada. Tras realizar una investigación adicional, se descubrió que el instalador había instalado accidentalmente un interruptor de circuito monofásico (CC) en un circuito de corriente alterna. El diseño de los supresores de arco internos en el MCB cuyas especificaciones estaban escritas para CC generó una condición inaceptable para apagar la CA bajo carga de manera aceptable (es decir, de forma segura).
A medida que los sistemas de CC – solar PV, sistemas de almacenamiento de energía en batería y sistemas fuera de la red se vuelven más prevalentes y los interruptores clasificados para CC comienzan a estar disponibles, esta historia a menudo se repite porque algunos electricistas y técnicos que solo han trabajado con electricidad de CA en algún momento de su carrera asumen que todos los interruptores son iguales. No lo son. La compatibilidad de un MCB de CC con un circuito de CA es una cuestión donde dar la respuesta incorrecta podría causar un incendio en lugar de ser simplemente un disparo molesto.
La Diferencia Fundamental Entre la Interrupción de Arco de CA y CC
Antes de que puedas determinar si un MCB de CC funcionará correctamente dentro de un circuito de CA, necesitas entender cómo el MCB debe extinguir el arco que se desarrolla cuando los contactos del circuito se abren bajo carga (mientras la corriente fluye a través del circuito). El arco eléctrico creado al separar los contactos continuará conduciendo electricidad mientras el aire ionizado permanezca conductivo (la energía térmica generada por el arco hace que el aire entre los dos contactos se ionice). Cuando el interruptor se abre (o “dispara”), es importante que el interruptor extinga el arco antes de que el flujo de corriente a través del circuito eléctrico se vuelva dañino; el interruptor logra esto extinguiendo el arco en función de si estás utilizando corriente alterna (CA) o corriente continua (CC).
Debido a la corriente alterna de un ciclo de onda periódico que va de negativo a positivo a través de cero voltaje 2 veces por ciclo o 100/120 veces por segundo (50/60Hz), en cada cruce por cero hay una oportunidad para que la energía del arco se disipe. La cámara de arco (una serie de placas metálicas) aprovecha esta pausa o interrupción natural en la continuación del arco dividiendo el arco en segmentos más pequeños, enfriándolo y evitando que se reinicie, utilizando esencialmente el interruptor de CA con su espaciamiento de cámara de arco y geometría de placas que optimiza el potencial de un arco para extinguirse en los próximos cruces por cero (no más de 8.3 ms de distancia).
En un circuito de CC, la corriente es constante y no hay cruce por cero. Una vez que se ha iniciado un arco, continuará ardiendo mientras haya suficiente voltaje para mantenerlo. Para que un interruptor de CC extinga ese arco, el interruptor debe ejercer fuerza para alejar el arco de las superficies de contacto, enfriarlo de manera más efectiva y aumentar el voltaje del arco hasta que el voltaje de la fuente ya no lo soporte. Algunas de las formas en que los interruptores de CC logran esto son utilizando bobinas de soplado magnético más fuertes, espacios más amplios entre los contactos y cámaras de arco con diferentes materiales y formas de placas. Algunos diseños también utilizan imanes permanentes que empujan el arco hacia un arco espiral más largo, que no tiene equivalente en un MCB de CA estándar.
¿Se puede usar un MCB de CC en un circuito de CA?
La respuesta simple es “No, los MCB de CC estándar (Interruptores Automáticos Miniatura) no son adecuados para su uso en circuitos de CA (Corriente Alterna) a menos que el fabricante haya calificado y certificado claramente el producto para operación de CA así como de CC. Debido a las propiedades físicas del sistema de extinción de arco de CC, el interruptor de CC está diseñado para interrumpir CC; sin embargo, el mismo componente físico puede obstaculizar la operación del interruptor al intentar interrumpir CA. Por ejemplo, el campo magnético que rodea al interruptor de CC (utilizado para estirar el arco de CC) puede tener efectos negativos en el sistema de enfriamiento de la cámara de arco de un interruptor de CC (utilizado para enfriar el arco de CA) y, por lo tanto, ralentizar el tiempo total de desconexión o crear una falla en la desconexión del circuito.
Al utilizar MCB de CC en aplicaciones distintas a las que fueron diseñados (por ejemplo, circuitos de CA), es importante verificar que la polaridad del circuito coincida con la del MCB. Si el MCB se instala con la polaridad incorrecta, puede llevar a un funcionamiento incorrecto del dispositivo y daños graves debido a un fallo eléctrico. Por ejemplo, instalar un MCB de CC en un circuito de CA con polaridad inversa haría que los campos magnéticos generados por el MCB empujaran el arco en la dirección incorrecta durante el medio ciclo inverso, lo que podría resultar en daños al MCB o a cualquier equipo conectado al MCB.
Algunos fabricantes producen interruptores que están clasificados y certificados tanto para CA como para CC, o interruptores CC de “no polaridad” que son menos sensibles a la dirección de la corriente, pero estos están específicamente diseñados y probados para uso dual. Nuestra línea de productos HUYU MCB de CC , que incluye el HUB9NEZ‑80, está diseñada para aplicaciones puras de CC — arreglos fotovoltaicos, bancos de baterías, cajas combinadoras de CC — y cuenta con certificación TUV y UL específicamente para servicio de CC. Para circuitos de CA, suministramos interruptores MCB y MCCB estándar de CA que están construidos y certificados según las normas de CA aplicables. Usar el interruptor correcto para el tipo de corriente no es una sugerencia; es la base de una protección de circuito segura. Para una comprensión más profunda del marco de certificación que rige la selección de interruptores, nuestro artículo sobre qué son los interruptores UL 489 explica los estándares de prueba que tanto los interruptores de CA como los de CC deben cumplir.
MCB de CA vs. MCB de CC: Una comparación lado a lado
Las diferencias entre un MCB de CA y un MCB de CC no son cosméticas. Reflejan filosofías de diseño fundamentalmente diferentes impulsadas por los diferentes requisitos de interrupción de arco:
| Característica | MCB de CA | MCB de CC |
|---|---|---|
| Extinción de arco | Se basa en el cruce natural de cero de corriente; la trampa de arco se divide y enfría el arco | Debe forzar la extinción del arco con un soplado magnético más fuerte, un camino de arco más largo y un espacio de contacto más amplio |
| Sensibilidad a la polaridad | No polarizado; la dirección de la corriente se invierte en cada medio ciclo | A menudo sensible a la polaridad; debe conectarse con la polaridad correcta para una interrupción segura |
| Espacio de contacto | Más pequeño; adecuado debido a la asistencia de cruce por cero | Más grande; necesario para estirar el arco hasta el voltaje de extinción |
| Clasificación de voltaje típica | 230/400V CA, hasta 690V CA para algunos MCCB | 12V a 1200V CC, dependiendo de los polos y la conexión en serie |
| Disparo magnético | Ajustado para el arranque específico de CA (transformadores, motores) | Ajustado para el arranque específico de CC (capacitores de inversores, carga de baterías) |
| Normas típicas | IEC 60898, UL 489, CSA C22.2 | IEC 60947‑2 Anexo P, UL 489B, UL 1077 CC |
Estas diferencias importan en la práctica. Un MCB de CA que se instala en un circuito de batería de CC puede no lograr despejar una falla porque el arco nunca se extingue. Un MCB de CC instalado en una carga de CA puede despejar las primeras fallas, pero degradarse rápidamente a medida que los medios ciclos inversos trabajan en contra de su diseño de extinción de arco. Ninguna de estas situaciones es aceptable en un dispositivo de seguridad.
Qué sucede cuando se utiliza el interruptor incorrecto
La consecuencia de usar un MCB de CC en un circuito de CA puede ser demostrada por la experiencia de un instalador solar de Arizona. En este caso, el campo de soplado magnético puede hacer que el arco sea empujado en la dirección incorrecta durante el medio ciclo inverso debido a la instalación incorrecta del interruptor en un circuito de CA. En cada falla antes de que esto ocurriera, el interruptor puede haber funcionado correctamente y despejado la falla; sin embargo, debido a la degradación de los contactos causada por la falla inicial, es probable que el interruptor falle en la falla subsiguiente y potencialmente cause daños catastróficos.
Usar un MCB de CA en un circuito de CC significa que no hay un cruce por cero para que el arco se extinga de manera natural. La cámara de arco está diseñada para un arco que colapsa dos veces por ciclo, lo que significa que no puede enfriar suficientemente el arco de CC continuo que persistirá, así como sobrecalentar los contactos, lo que resulta en que el interruptor no interrumpa el flujo de corriente en absoluto o se incendie. Las ramificaciones de esto no son solo teóricas; están documentadas no solo en informes de pruebas de productos, sino también en investigaciones de fallos en el mundo real. Para una comprensión más amplia de cómo los interruptores interactúan con otros dispositivos de protección en un sistema, nuestra comparación de interruptor automático vs protector contra sobretensiones explica la estrategia de protección en capas que cada instalación necesita.
Interruptores de Doble Calificación: La Excepción a la Regla
Algunos pequeños interruptores automáticos pueden estar calificados para trabajar tanto con corriente alterna (CA) como con corriente continua (CC). No son solo sus interruptores automáticos de corriente alterna de tamaño miniatura regulares con una etiqueta que dice que han sido probados y calificados para trabajar con un sistema de corriente continua. Los interruptores automáticos de tamaño miniatura diseñados para doble calificación han pasado pruebas separadas específicas para la aplicación de CA o CC (es decir, han sido probados de ambas maneras) y luego son certificados por una agencia de pruebas apropiada (como UL) para poder funcionar según lo previsto bajo ambos tipos de condiciones de circuito. La placa de identificación de un interruptor automático de tamaño miniatura de doble calificación indicará las calificaciones duales del interruptor (por ejemplo, 250 voltios CA / 60 voltios CC para cada polo) además de especificar que el interruptor ha sido probado según las normas aplicables para cada aplicación.
Si trabaja en un proyecto que utiliza tanto circuitos de corriente alterna (CA) como de corriente continua (CC), como un sistema solar con un inversor de CA y un banco de baterías, puede usar interruptores automáticos de doble calificación para simplificar las cosas. Solo asegúrese de que las calificaciones de voltaje y capacidad de interrupción del interruptor de doble calificación sean apropiadas para ambas aplicaciones. Los interruptores automáticos de doble calificación deben ser tratados como la excepción y no como la regla. No asuma que los interruptores automáticos calificados para CC o CA son permisibles para su uso en la otra dirección sin la aprobación específica del fabricante y las marcas de certificación que indiquen claramente el uso apropiado para ambos tipos de corriente.
Selección Adecuada de Interruptores para Instalaciones Mixtas de CA/CC
Una solución estándar de solar más almacenamiento consistirá en circuitos eléctricos de corriente continua (DC) y corriente alterna (AC). Los circuitos de DC pueden consistir en el arreglo fotovoltaico (PV), la batería y el combinador de DC; mientras que los circuitos de AC pueden incluir la salida del inversor (del inversor a la carga de AC), el panel de carga de respaldo y la conexión a la red. Cada tipo de circuito requiere un interruptor que esté clasificado según el tipo de corriente, voltaje y capacidad de interrupción de ese circuito particular. Los circuitos de DC emplean interruptores clasificados para DC que cumplen con la certificación UL 489B o IEC 60947-2 Anexo P; mientras que los circuitos de AC utilizan interruptores clasificados para AC que están certificados por UL 489 o IEC 60898. Los interruptores no son intercambiables.
Al elegir un MCB de DC para una aplicación solar o de batería, verifique la clasificación de voltaje de DC que se indicará como clasificaciones individuales por polo o como voltajes máximos del sistema para múltiples polos conectados en serie. A continuación, verifique la clasificación de capacidad de interrupción (kAIC) (también conocida como capacidad de interrupción de corriente de cortocircuito) en comparación con la cantidad de corriente de falla en la salida del banco de baterías. Finalmente, si el interruptor es sensible a la polaridad, verifique que esté marcado correctamente para la polaridad. Para el lado de AC de la instalación, siga las reglas estándar de dimensionamiento basadas en el cálculo de la carga. Nuestra guía sobre qué tamaño de interruptor automático necesita describe el cálculo tanto para cargas generales como para motores.
Preguntas Frecuentes
¿Podemos usar un MCB de DC en circuitos de AC?
No use un MCB de DC estándar con un circuito de AC u otros sistemas de AC. Dichos interruptores tienen su mecanismo de extinción de arco diseñado para funcionar con voltaje de DC y, por lo tanto, no pueden interrumpir de manera segura el voltaje de AC. La protección magnética utilizada junto con el campo de expulsión y un diseño sensible a la polaridad, puede causar que una falla de AC no sea despejada por el interruptor. La única vez que debe usar un MCB de DC en un circuito de AC es si el fabricante ha clasificado y certificado explícitamente el MCB para servicio tanto de AC como de DC.
¿Se pueden usar MCB para CC?
Un interruptor automático de corriente alterna (MCB) puede manejar de manera segura cargas de AC. Sin embargo, si el MCB no ha sido probado, certificado o clasificado para uso de DC, no tiene la capacidad de interrumpir de manera segura el DC. La razón por la que ocurre un cruce de cero de corriente en sistemas de AC se debe a la forma de onda sinusoidal que se utiliza en sistemas de AC. Debido a que no hay cruce de cero de corriente con DC, el MCB no puede extinguir el arco con las trampas de arco diseñadas para AC, por lo tanto, no logra interrumpir la corriente en una aplicación de DC. Debido a este problema, el interruptor debe haber sido diseñado, probado y marcado específicamente para la aplicación de DC con un voltaje de DC y capacidad de interrupción especificados.
¿Cuál es la diferencia entre un MCB de AC y un MCB de DC?
La extinción del arco es una de las diferencias clave entre ambos tipos de Interruptores Automáticos de Miniatura (MCBs). Un MCB de corriente alterna (AC) logra su extinción de arco utilizando el cruce natural de cero de corriente durante cada medio ciclo. Un MCB de corriente continua (DC) tiene que forzar su extinción de arco con un campo magnético de soplado mucho más fuerte, un espacio de contacto más amplio y un diseño interno de la trampa de arco que permite el enfriamiento del arco después de que ha sido extinguido. Los MCB diseñados para su uso con DC generalmente serán sensibles a la polaridad, mientras que los MCB de AC no tienen este requisito. También hay diferencias en las clasificaciones de voltaje, estándares de prueba y características de disparo entre ambos tipos de MCBs.
¿Son los interruptores automáticos de DC y AC lo mismo?
Los interruptores automáticos de corriente continua (DC) y corriente alterna (AC) difieren entre sí. Cada tipo tiene su propio método único para interrumpir arcos; también están diseñados para cumplir con diversas normas de prueba y están clasificados para operar de manera segura a distintos niveles de voltaje y capacidad de interrupción. Un interruptor automático diseñado únicamente para interrumpir corriente continua (DC) no podrá interrumpir de manera segura corrientes alternas (AC); por lo tanto, el interruptor que fue destinado exclusivamente para uso con AC no limitará los peligros si se intenta usar para interrumpir una corriente compuesta por DC; la excepción es en casos donde el fabricante ha especificado y probado dicho equipo como adecuado para ambas aplicaciones.
La pregunta de compatibilidad de circuito AC MCB de CC es uno donde los fundamentos de ingeniería entregan una respuesta clara: el interruptor debe coincidir con el tipo de corriente. Un MCB de DC está construido para forzar la extinción de un arco contra una corriente en estado estable. Un MCB de AC está construido para permitir que el cruce por cero natural realice gran parte del trabajo. Usar uno en el circuito del otro anula la protección que el interruptor existe para proporcionar. En una instalación eléctrica — ya sea un panel residencial, una caja combinadora solar o un gabinete de control industrial — la etiqueta en el interruptor indica dónde debe colocarse. Una clasificación DC significa solo circuitos DC. Una clasificación AC significa solo circuitos AC. El raro interruptor con doble clasificación lleva ambas marcas y ambas certificaciones. Respetar esa etiqueta es la forma más simple y efectiva de asegurar que cuando ocurre una falla, el interruptor haga exactamente lo que está diseñado para hacer: abrirse de manera segura, despejar la falla y proteger todo lo que está aguas abajo.
