Interruptor de baja tensión: ACB, MCCB y MCB, partes y pruebas

Qué es y dónde se ubica

El interruptor automático de baja tensión es un aparato de maniobra que establece, conduce e interrumpe corrientes en condiciones normales y que, además, interrumpe corrientes anormales como sobrecargas y cortocircuitos. A diferencia de los interruptores de media y alta tensión, casi siempre lleva su propia protección: la unidad de disparo va dentro del aparato y no necesita un relé externo, ni un transformador de corriente (CT) de protección ni un transformador de tensión (PT) aparte.

En una subestación o una planta industrial aparece en tres puntos: como interruptor general en el secundario del transformador de distribución, en los alimentadores del tablero de baja tensión o CCM y en los circuitos finales de servicios auxiliares, iluminación y control. Es el último eslabón de la familia descrita en el artículo general de interruptores de potencia.

Partes principales

• Contactos principales y de arco, con una cámara de extinción que alarga, divide y enfría el arco.
• Mecanismo de operación. En los de bastidor abierto (ACB) es de resortes con energía almacenada, cargado a mano o por motor; en caja moldeada (MCCB) y miniatura (MCB) es un mecanismo de palanca con disparo libre.
• Unidad de disparo. Termomagnética, con un bimetal para la sobrecarga y un electroimán para el cortocircuito, o electrónica, con sensores de corriente propios y un microprocesador.
• Accesorios de mando: bobina de apertura (disparo en derivación), bobina de mínima tensión, bobina de cierre y motor de carga de resortes en los ACB, u operador motorizado en los MCCB.
• Contactos auxiliares de posición y contacto de señalización de disparo.
• Ejecución fija, enchufable o extraíble. El extraíble tiene contactos de seccionamiento que permiten sacarlo del circuito con distancia de aislamiento.

Cómo funciona

Ante una sobrecarga, el bimetal se calienta y se curva, o la función L de la unidad electrónica integra la corriente con una curva de tiempo inverso. Ante un cortocircuito, el electroimán o la función I liberan el mecanismo sin retardo intencional. La función S agrega un disparo de cortocircuito con retardo ajustable para dar selectividad, y la G detecta fallas a tierra. Las unidades electrónicas suelen ofrecer más funciones, como protección de tensión, frecuencia o potencia inversa, según el modelo.

Al abrir, el arco entra en la cámara, se alarga y se enfría. Su tensión crece y se opone a la de la red. En un interruptor limitador el tiempo de corte es tan corto que la corriente no llega al pico que alcanzaría sin él. Así se reducen los esfuerzos térmicos y electrodinámicos aguas abajo y se puede aprovechar la protección de respaldo entre aparatos.

Variantes y diferencias con otros niveles de tensión

• ACB (bastidor abierto): acometidas e interconexiones de barras, corrientes altas, casi siempre extraíble y con unidad electrónica. Suele ser de categoría B de IEC 60947-2: tiene un valor de Icw y puede retardar su disparo para que actúe primero el de aguas abajo.
• MCCB (caja moldeada): alimentadores y motores. Suele ser de categoría A, sin retardo intencional para cortocircuito.
• MCB (miniatura): circuitos finales, según IEC 60898-1 o IEC 60947-2. En IEC 60898-1 el disparo instantáneo se clasifica en curvas: B (de 3 a 5 In), C (de 5 a 10 In) y D (de 10 a 20 In).

Las dos normas no son intercambiables. IEC 60898-1 cubre interruptores para instalaciones domésticas y similares, para personas no instruidas y sin mantenimiento, hasta 440 V, 125 A y 25 kA. IEC 60947-2 es la referencia industrial y define Icu, Ics, Icw y las categorías A y B.

Frente al interruptor de media tensión en vacío, el de baja tensión corta en aire y lleva su protección incorporada. En media, alta y extra alta tensión la protección es un relé aparte, alimentado por CT y PT, que manda la bobina de disparo. Para motores de media tensión con maniobras frecuentes se usa el contactor de media tensión.

Datos nominales y placa

• Ue, Ui y Uimp: tensión de empleo, tensión de aislamiento e impulso soportado.
• In o Iu: corriente nominal; en unidades electrónicas, los ajustes I1 a I4 se expresan sobre In.
• Icu: máxima corriente de cortocircuito que corta en la secuencia O–t–CO, sin exigir que luego conduzca su corriente nominal.
• Ics: la que corta tres veces (O–t–CO–t–CO) y sigue apto para el servicio. Se declara como porcentaje de Icu; en los catálogos se ven valores como 50, 75 o 100 %.
• Icw: corriente de corta duración admisible, normalmente para 1 s; existe en categoría B.
• Icm: poder de cierre en cortocircuito, en valor pico.
• En MCB de IEC 60898-1: Icn, Ics y la curva B, C o D.

Integración con protección y control

La unidad de disparo es la protección. El control externo llega por la bobina de apertura, la bobina de mínima tensión (para disparo por pérdida de tensión o paro de emergencia), la bobina de cierre y el motor. Los contactos auxiliares informan la posición al PLC, al controlador o al SCADA, y el contacto de disparo distingue una apertura por protección de una maniobra.

Para la selectividad se combinan técnicas: de tiempo-corriente en sobrecarga y, en cortocircuito, de corriente, de tiempo, de energía o de zona. La selectividad de zona usa un enlace entre unidades electrónicas para que solo dispare sin retardo el interruptor más cercano a la falla. El análisis se hace con las curvas de cada fabricante y sus tolerancias, dentro de un estudio de coordinación de protecciones.

Las unidades electrónicas de gama alta se comunican con módulos opcionales: Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus o Profinet, y en algunos modelos IEC 61850. Así se leen corrientes, tensiones, energía, eventos y desgaste de contactos.

Pruebas de puesta en servicio y mantenimiento

• Inspección mecánica, maniobras de cierre y apertura locales y remotas, y verificación de la extracción y de los enclavamientos.
• Resistencia de aislamiento entre polos y contra tierra.
• Resistencia de contactos con micro-ohmímetro.
• Prueba de las funciones L, S, I y G por inyección secundaria, con el equipo de prueba del fabricante o con una inyección secundaria general, o por inyección primaria de alta corriente cuando se quiere probar todo el conjunto, sensores incluidos.
• Funcionamiento de bobinas de apertura, cierre y mínima tensión, motor y contactos auxiliares.
• Verificación de que los ajustes cargados coinciden con el estudio de coordinación.

Fallas comunes y qué revisar primero

• Disparo sin causa aparente: revise el registro de eventos de la unidad y la función que actuó; causas típicas son una función G afectada por un neutro mal conectado o un ajuste desactualizado.
• Falta de selectividad: compare los ajustes reales con el estudio.
• No cierra: resortes sin carga, bobina de mínima tensión sin alimentación o un enclavamiento mecánico activo.
• Calentamiento en las conexiones: apriete y resistencia de contactos; en extraíbles, las pinzas de conexión del bastidor.
• Unidad de disparo sin alimentación auxiliar: se pierden comunicaciones y registros, aunque la protección básica suele seguir activa con la energía de los propios sensores, según el modelo.

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Guías relacionadas

• Unidad de disparo de baja tensión: funciones L, S, I y G

Referencias

• IEC 60947-1, Aparamenta de baja tensión: reglas generales.
• IEC 60947-2, Aparamenta de baja tensión: interruptores automáticos.
• IEC 60898-1, Interruptores automáticos para instalaciones domésticas y similares.
• IEC 61439-1 e IEC 61439-2, Conjuntos de aparamenta de baja tensión.
• IEEE C37.2, Números de función de dispositivos.
• ABB, Electrical installation handbook: Protection and control devices.

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