Hay muchas ocasiones que ilustran cuán diferentes son las características de carga de un motor en comparación con las de un calentador o un circuito de iluminación. Un ejemplo de esto es un caso que ocurrió hace unos años, cuando se llamó a un electricista de mantenimiento a una planta de procesamiento de alimentos debido a un cierre inesperado de la línea de producción. El motor eléctrico que alimentaba toda la sección de empaquetado (20 caballos de fuerza) había disparado su interruptor automático. Al reiniciar el interruptor automático, el electricista intentó arrancar el motor nuevamente, solo para descubrir que había disparado de nuevo al arrancar. Después de diagnosticar el problema, el electricista descubrió que alguien había instalado un nuevo dispositivo de protección de circuito (interruptor automático) en lugar del dispositivo original de protección de circuito del motor (también conocido como arrancador de motor).
El dispositivo de protección de circuito recién instalado era un térmico magnético estándar interruptor de circuito con una clasificación de amperaje igual al arrancador de motor original; sin embargo, tenía un ajuste de disparo magnético que era demasiado bajo para permitir que la corriente de arranque normal del motor se estabilizara a un nivel de estado estable. Por otro lado, el ajuste de disparo magnético del dispositivo de protección de circuito recién instalado estaba configurado lo suficientemente alto como para proporcionar una corriente de arranque excesiva al inicio, lo que terminó dañando el motor (degradando el aislamiento del devanado), que finalmente requeriría un rebobinado del motor por un costo de $1,200. A medida que los ingenieros y técnicos ingresan al mundo profesional, eventualmente descubren una de las verdades fundamentales del diseño, es decir, que la protección para una carga de motor debe seleccionarse en función de las características distintivas del motor, en comparación con las características distintivas de una carga de calentador o de iluminación.
Dos Dispositivos, Dos Funciones Distintas
Aunque los términos protector de circuito de motor e interruptor automático pueden usarse indistintamente, en realidad describen dos tipos diferentes de dispositivos con diseños internos muy diferentes que cumplen funciones distintas en un circuito de rama de motor. Un interruptor automático estándar, la mayoría de las veces un interruptor automático miniatura (MCB) o un interruptor automático de caja moldeada (MCCB), es un dispositivo que ha sido diseñado para proporcionar protección de propósito general para cables y cargas generales conectadas contra sobrecargas y condiciones de cortocircuito al proporcionar tanto protección contra sobrecargas como contra cortocircuitos a través de su elemento térmico bimetálico y su bobina electromagnética, respectivamente, alojados en una sola unidad. En contraste, un protector de circuito de motor (MCP) es un dispositivo que ha sido diseñado específicamente para proporcionar solo protección contra cortocircuitos magnéticos (electromagnéticos). Un MCP tiene un disparo instantáneo ajustable y debe usarse como parte de un controlador de motor de combinación listado cuando se utiliza con un contactor y un relé de sobrecarga separado para proporcionar tanto protección térmica para el motor como desconexión de cortocircuito por parte del MCP. Ninguno de los dispositivos proporcionará las funciones del otro, y usar los dos incorrectamente es una forma de experimentar el tipo de falla que ocurrió en la planta de alimentos.
Por qué un MCB estándar falla en servicio de motor
Al arrancar, un motor tendrá una corriente de arranque (o corriente de rotor bloqueado) que puede ser de 6 a 8 veces la corriente de carga plena. Esta corriente de arranque solo durará una fracción de segundo al usar arranque directo, sin embargo, puede durar lo suficiente para entrar en la zona de disparo magnético de un Miniature Circuit Breaker (MCB) estándar. Un ejemplo de un MCB Tipo C de 20 amperios tiene un umbral de disparo instantáneo entre 5 y 10 veces su clasificación, lo que significa que podría dispararse entre 100 y 200 amperios. Basado en los 120 amperios de corriente que un motor consume al arrancar, ocurre justo en el medio del umbral de disparo del MCB. En consecuencia, el interruptor puede dispararse en algunos arranques de motor y puede mantenerse en otros, basado en 2 factores: 1) el punto de cierre de los contactos del motor en relación con la corriente (es decir, el punto real dentro de la forma de onda de voltaje cuando los contactos se cierran), y 2) el nivel de magnetismo residual (tamaño) que permanece en el núcleo del motor en el momento del cierre del circuito. Esta inconsistencia es lo que resulta en disparos molestos.
A menudo, los solucionadores de problemas desinformados intentarán arreglar problemas de disparos molestos ajustando a un interruptor más grande; lo que a su vez elimina la protección contra sobrecorriente del cable, creando así un riesgo de incendio.
El mecanismo de disparo magnético de un MCP abordará este problema de disparos molestos al tener un ajuste de disparo magnético ajustable (hasta 13 veces la carga plena del motor) sin ningún elemento térmico que se dispare debido a sobrecargas sostenidas; esa es la tarea del relé de sobrecarga. Para una visión más amplia de cómo funcionan los interruptores en diferentes aplicaciones, nuestra comparación de interruptor automático vs protector contra sobretensiones explica dónde termina la protección contra sobrecorriente y comienza la protección contra sobretensiones.
El trío de protección coordinada del motor
De acuerdo con los estándares NEC y UL, un circuito de rama de motor completo incluye tres dispositivos que trabajan juntos (para operar su motor, no solo para hacerlo funcionar):
- Protección contra cortocircuitos y fallas a tierra: El propósito del protector de circuito de motor o del MCCB (Molded Case Circuit Breaker) de clasificación especial es dispararse cuando hay un fallo a tierra o un fallo de cortocircuito y despejar esos fallos antes de que la corriente pueda causar daños a los conductores o a los devanados del motor. Está configurado por encima del nivel de arranque para prevenir disparos falsos.
- Protección contra sobrecargas: El relé de sobrecarga cubre la corriente de carga completa del motor así como su factor de servicio. Esto protegerá al motor de sobrecargas mecánicas sostenidas, la pérdida de una o múltiples fases, y condiciones de rotor bloqueado que se extienden más allá del arranque. El relé de sobrecarga se disparará a 115% o 125% de la corriente de carga plena del motor dependiendo de cómo esté etiquetado el motor (factor de servicio) y lo que se requiere por el código.
- Control: El contactor actúa como un dispositivo de conmutación electromagnético para el motor y enciende y apaga el motor durante las condiciones de operación normales. El contactor está clasificado para las corrientes de carga plena y de rotor bloqueado del motor.
El MCP requiere que el relé de sobrecarga proporcione protección térmica, lo cual se logra mediante la tira bimetálica incorporada en los interruptores automáticos tradicionales. Esto se hace intencionadamente para permitir que cada dispositivo de protección sea diseñado y optimizado específicamente para sus propias aplicaciones únicas. Un MCB estándar intenta servir a ambas funciones utilizando una característica constante, lo que lo coloca fuera de rango para su uso como interruptor automático de motor, excepto con motores de fracción de caballo de fuerza muy pequeños donde la corriente de arranque es demasiado pequeña para afectar el rendimiento.
Interruptores Automáticos de Protección de Motor: Una Tercera Opción
Los Interruptores Automáticos de Protección de Motor (MPCBs) tienen los siguientes aspectos generales debido a los requisitos del Código Eléctrico Canadiense (CEC) y el Código Eléctrico Nacional (NEC):
• Los MPCBs, comúnmente encontrados en los mercados de América del Norte y IEC, proporcionan protección contra sobrecarga (térmica) y cortocircuito (magnética) en un solo dispositivo, están clasificados bajo IEC-60947-4-1 como adecuados para cargas de motor, y sirven para muchas aplicaciones como el único dispositivo de protección de motor simplificando el cableado y reduciendo el espacio del recinto.
• La configuración de falla directa de su MPCB proporciona un medio flexible para proteger tanto contra la corriente de arranque del motor, como contra sus corrientes de sobrecarga sostenidas continuamente.
• El MCB estándar puede proporcionar una configuración de falla directa; sin embargo, creará una condición de desajuste cuando se use con motores debido al problema de que el MCB está dimensionado para la corriente de carga completa (FLC), mientras que su MPCB está dimensionado para la corriente de arranque.
Al utilizar un dispositivo reiniciable para protección contra cortocircuitos y fallas a tierra en el desconector del motor, su MPCB debe ser siempre el dispositivo de elección.
Sin embargo, en el contexto de los métodos generalmente aceptados para controlar motores de CA industriales en América del Norte, la combinación de Contactores, Sobrecargas y Interruptores Automáticos de Protección de Motor sigue representando el método más prevalente para lograr el control del motor; esto se debe principalmente a que el NEC mantiene el requisito de un dispositivo de protección contra cortocircuitos y fallas a tierra de rama de motor como un dispositivo listado (aprobado por la agencia) cuando se utiliza como un componente individual en un arrancador.
La Regla 125% y Su Papel en la Protección del Motor
En el Código Eléctrico Nacional (NEC), la protección contra sobrecargas debe dimensionarse incorrectamente para motores que tienen un factor de servicio mayor que 1.15 a no más de 125% de la carga completa. Por otro lado, el ajuste máximo de sobrecarga en el relé de sobrecarga de un motor que tiene un factor de servicio de 1.0 o un aumento de temperatura de 40 grados Celsius será de 115% de carga completa. La intención de este artículo es proporcionar protección contra sobrecargas de motor que no disparará el relé de sobrecarga bajo condiciones normales de funcionamiento, pero el relé de sobrecarga disparará antes de que el aislamiento del devanado del motor alcance una temperatura que acortará la vida útil del motor. Esta regla se aplica solo a los relés de sobrecarga y no rige el dispositivo de cortocircuito de un motor. El ajuste de un disparo magnético en un MCP es mucho más alto (normalmente entre 700–1300% de carga completa) que el ajuste del relé de sobrecarga (125% de carga completa) de acuerdo con el Artículo 430.52 del NEC. El Artículo 430 establece la cantidad máxima de protección contra cortocircuitos para interruptores de disparo instantáneo que se pueden usar en combinación con un relé de sobrecarga con una clasificación de 1300% de carga completa. La regla 125% y el ajuste alto asociado con el disparo magnético del MCP se apoyan mutuamente: el relé de sobrecarga protege contra daños térmicos lentos al motor, mientras que el MCP protege al motor contra corrientes de falla rápidas. Ninguno de estos valores puede intercambiarse entre dispositivos sin invalidar la coordinación que garantizará que el motor continúe funcionando de manera segura.
¿Es un Protector de Circuito de Motor un Interruptor Automático?
Cuando surgen preguntas sobre proyectos de instalación, requieren una diferenciación entre las características físicas y la funcionalidad general, así como el tipo de configuración y el número de modelo utilizados para fines identificados. En apariencia, el protector de circuito modificado (MCP) tiene la misma carcasa y configuración de interruptor de palanca que un interruptor de circuito de caja moldeada (MCC); sin embargo, funcionalmente, el MCP es un tipo de interruptor de circuito que ha sido modificado para eliminar su dispositivo de protección contra sobrecargas térmicas y fue reemplazado por un dispositivo de disparo magnético ajustable. Aunque algunos MCP son productos de doble listado que cumplen con UL 508 (para uso en un panel de control industrial) y UL 489 (para ser utilizados como un interruptor de circuito de caja moldeada), el MCP cumplirá su función como el protector de cortocircuito de la rama para el circuito del motor; sin embargo, siempre deben usarse con relés de sobrecarga y contactores apropiados. Un MCP no puede usarse en los circuitos de motor a menos que sea según las instrucciones de instalación del fabricante y conforme al código apropiado; hay ciertas instancias especiales que permitirán que un MCB proteja un pequeño circuito de motor (por ejemplo, un pequeño circuito de motor operado por un dispositivo alimentado por batería). Si necesita ayuda para dimensionar un interruptor para cualquier aplicación, nuestra guía sobre qué tamaño de interruptor automático necesita explica el proceso de cálculo tanto para cargas generales como para cargas de motor.
Cómo HUYU Apoya la Protección Correcta del Circuito del Motor
HUYU ofrece una gama completa de dispositivos de protección de circuitos empleados en sistemas de control de motores, incluidos interruptores automáticos de caja moldeada para la protección de circuitos de alimentación y ramales; interruptores listados UL 489 que cumplen con los requisitos de servicio de entrada y ramales; y múltiples características de disparo para proporcionar a los ingenieros opciones para combinar el dispositivo de protección con la carga — como bancos de calefacción resistiva o circuitos de paneles de iluminación, o motores de alta corriente de arranque. HUYU tiene interruptores automáticos mini para proporcionar protección de circuitos para aplicaciones de carga general a interruptores de caja moldeada que tienen calificaciones de interrupción y curvas de disparo ajustables diseñadas para proteger circuitos de motores industriales. Si selecciona un fabricante que proporciona documentación de prueba completa y características de disparo claramente etiquetadas, eliminará la incertidumbre del escenario de la planta de procesamiento de alimentos — deterioro lento y costoso de un motor que nunca fue protegido adecuadamente.
Preguntas Frecuentes
¿Es un protector de circuito un interruptor automático?
Un dispositivo de protección de circuito de motor (también llamado MCP) es una forma electrónica de protección contra fallos en el circuito del motor. Un MCP es diferente de un interruptor automático estándar porque proporciona solo protección contra cortocircuitos a través de magnetismo —por lo tanto, no incluye un dispositivo de sobrecarga térmica para proteger el circuito contra sobrecargas térmicas. También se utiliza junto con un relé de sobrecarga separado, contactores y, a veces, también como un producto listado dual para UL998 y UL948.
¿Es un protector de circuito lo mismo que un interruptor automático?
No, “protector de circuito” significa una variedad de diferentes dispositivos eléctricos como fusibles, protectores suplementarios y protectores de circuito de motor; sin embargo, un interruptor automático es un tipo real de dispositivo eléctrico que puede ser reiniciado por el usuario y protege contra sobrecorrientes, o sobrecargas, y cortocircuitos. Un MCP también es un ejemplo de un dispositivo eléctrico que es un tipo de protector de circuito; sin embargo, la única función que realiza es la protección contra cortocircuitos y está diseñado para usarse solo con cargas de motor.
¿Por qué no se utiliza un MCB para la protección de motores?
Un MCB tradicional tiene una posición de disparo magnético predeterminada que generalmente corresponde a la del corriente de arranque de un motor, lo que también causa disparos innecesarios. Además, el elemento térmico del MCB tampoco está calibrado correctamente para cumplir con la curva de daño térmico específica del motor individual. El MCP o MPCB con sus límites de disparo ajustables eliminan ambas desajustes mientras proporcionan protección confiable contra disparos innecesarios.
¿Cuál es la regla 125% en electricidad?
Según el Artículo 430.32 del NEC, la regla 125% establece que para motores con un factor de servicio mayor o igual a 1.15, la protección contra sobrecargas no debe estar clasificada por encima de 125% de la corriente de carga completa. Esto se relaciona solo con las sobrecargas y no con la protección contra cortocircuitos, ya que está diseñada para proteger el motor contra sobrecargas térmicas sostenidas por uso en condiciones de operación normales superiores al promedio.
La diferencia entre un interruptor automático estándar y un protector de circuito de motor no es simplemente una formalidad. Un protector de circuito de motor (MCP) proporcionará años de arranques confiables y sin problemas. Un interruptor de circuito estándar, por otro lado, se disparará cada vez que el motor intente arrancar o fallará silenciosamente cuando el motor se sobrecaliente debido a una protección contra sobrecargas inadecuada. Al proporcionar un disparo magnético ajustable junto con un relé de sobrecarga correctamente dimensionado, el MCP ha sido validado y documentado por el Código Eléctrico Nacional (NEC) así como por décadas de ingeniería dedicada a la protección de motores como la solución adecuada para proteger un motor de daños. Un interruptor de circuito estándar (MCB), aunque útil para la protección de cargas de iluminación y calefacción, es una aplicación incorrecta para este propósito. En HUYU, ofrecemos todo tipo de dispositivos de protección que están correctamente clasificados de acuerdo con el tipo de carga para garantizar que la combinación correcta de protección y carga sea la base de un sistema eléctrico seguro, confiable y conforme al código.
