Cómo seleccionar un MCCB para un panel: Guía definitiva sobre disyuntores de caja moldeada

La selección del disyuntor de caja moldeada (MCCB) adecuado para su cuadro eléctrico es una decisión de ingeniería crítica que afecta directamente a la seguridad, la fiabilidad y el rendimiento del sistema. Un MCCB seleccionado incorrectamente puede provocar disparos molestos, una protección inadecuada, daños en los equipos o incluso fallos catastróficos. Esta completa guía le guiará a través de los factores esenciales y el proceso paso a paso para seleccionar un MCCB que se adapte perfectamente a los requisitos de su sistema eléctrico.

¿Qué es un MCCB y por qué es fundamental para los cuadros eléctricos?

Un disyuntor de caja moldeada (MCCB) es un dispositivo de protección eléctrica vital alojado en una carcasa robusta y aislada. A diferencia de los disyuntores en miniatura (MCB), los MCCB pueden manejar valores nominales de corriente más altos (normalmente de 16 A a 2500 A) y proporcionan capacidades de protección superiores para los sistemas de distribución de energía.

Los MCCB desempeñan varias funciones cruciales en las aplicaciones de paneles:

• Protección contra sobrecargas que podrían dañar conductores y equipos
• Protección contra cortocircuitos para evitar daños catastróficos por avería
• Protección contra fallos a tierra (en modelos equipados)
• Aislamiento eléctrico para la seguridad del mantenimiento
• Operaciones de conmutación fiables en diversas condiciones de carga

La función principal de un MCCB es interrumpir automáticamente el flujo de corriente cuando se detectan condiciones de sobrecorriente:

• Prevención de daños térmicos en conductores y aislamientos
• Protección de los equipos conectados frente a corrientes de defecto destructivas
• Minimizar el riesgo de incendios eléctricos
• Garantizar la fiabilidad general del sistema

Factores clave a tener en cuenta al seleccionar un MCCB para un panel

1. Requisitos actuales de clasificación

La intensidad nominal es el parámetro fundamental a la hora de seleccionar un interruptor magnetotérmico:

• Corriente nominal (In): Es la corriente continua máxima que puede soportar el magnetotérmico sin dispararse en las condiciones de referencia especificadas. La corriente nominal del MCCB debe ser mayor o igual que la corriente de diseño de su circuito (Ib).
• Cálculo de la corriente de diseño:
  • Para cargas monofásicas de CA: Ib = P/(V×PF)
  • Para cargas de corriente alterna trifásica: Ib = P/(√3×VL-L×PF)
  • Para cargas CC: Ib = P/V
• Dimensionamiento de la carga continua: Para cargas continuas (funcionamiento durante más de 3 horas), la práctica habitual es seleccionar un MCCB con una capacidad nominal de al menos 125% de la corriente de carga continua calculada: In ≥ 1,25 × Ib. Esto tiene en cuenta el hecho de que los interruptores magnetotérmicos en envolventes suelen estar limitados a 80% de su valor nominal para funcionamiento continuo debido a restricciones térmicas.
• Tamaño del marco (Inm): Indica la corriente nominal máxima que puede admitir un bastidor MCCB específico. Por ejemplo, un MCCB 250AF (Ampere Frame) puede estar disponible con ajustes In de 100A a 250A.
• Consideración de la temperatura ambiente: Los MCCB suelen calibrarse para una temperatura de referencia (normalmente 40°C). Para temperaturas ambiente superiores, deben aplicarse factores de reducción de potencia de acuerdo con las especificaciones del fabricante.

2. Selección de la tensión nominal

Los parámetros de tensión nominal del MCCB deben coincidir o superar los requisitos de funcionamiento de su sistema:

• Tensión nominal de funcionamiento (Ue): La tensión a la que el MCCB está diseñado para funcionar e interrumpir fallos. Los valores comunes incluyen 230V, 400V, 415V, 440V, 525V, 600V y 690V. La Ue del MCCB seleccionado debe ser mayor o igual que la tensión nominal de su sistema.
• Tensión nominal de aislamiento (Ui): La tensión máxima que puede soportar el aislamiento del MCCB en condiciones de prueba. Este valor suele ser superior a Ue (por ejemplo, 800 V, 1000 V) y proporciona un margen de seguridad contra las sobretensiones de frecuencia de alimentación.
• Tensión nominal soportada a impulsos (Uimp): Valor de pico de una tensión de impulso normalizada (normalmente 1,2/50 μs de forma de onda) que el MCCB puede soportar sin fallar. Este valor nominal (por ejemplo, 6kV, 8kV, 12kV) es crucial para garantizar la fiabilidad en entornos propensos a sobretensiones transitorias provocadas por rayos u operaciones de conmutación.

3. Requisitos de capacidad de rotura

El poder de corte define la capacidad del MCCB para interrumpir con seguridad las corrientes de defecto sin destruirse:

• Capacidad última de rotura (Icu): La máxima corriente de cortocircuito prevista que el MCCB puede interrumpir con seguridad en condiciones de prueba especificadas. Después de interrumpir un fallo a este nivel, el MCCB puede no ser adecuado para el servicio posterior sin inspección o sustitución. La regla fundamental es que Icu debe ser mayor o igual que la corriente de cortocircuito prospectiva (PSCC) calculada en el punto de instalación.
• Capacidad de rotura del servicio (Ics): La corriente de defecto máxima que el MCCB puede interrumpir y permanecer después en condiciones de servicio. Ics se expresa típicamente como un porcentaje de Icu (25%, 50%, 75%, o 100%). Para aplicaciones críticas donde la continuidad del servicio es primordial, seleccione un MCCB con Ics = 100% de Icu e Ics ≥ PSCC.
• Cálculo prospectivo de la corriente de cortocircuito (PSCC):
  • PSCC = V/Ztotal, donde V es la tensión del sistema y Ztotal es la impedancia total del sistema eléctrico desde la fuente hasta el MCCB.
  • Entre los principales factores que influyen en el PSCC se encuentran la potencia en kVA y la impedancia del transformador, la longitud y el tamaño del cable y otros componentes aguas arriba.
  • Para los cálculos del peor caso, considere el límite superior de fluctuación de tensión y el límite inferior de tolerancia de impedancia del transformador.
• Capacidad de fabricación (Icm): La corriente asimétrica de pico máxima a la que puede cerrar el MCCB sin sufrir daños. IEC 60947-2 especifica Icm como un factor de Icu, donde el factor depende del factor de potencia del circuito.

4. Tipo y características del relé

La unidad de disparo es el "cerebro" del MCCB, responsable de detectar las condiciones de fallo e iniciar el disparo:

Tecnologías de unidad de viaje:

• Relés termomagnéticos (TMTU):
  • Utiliza un elemento bimetálico para la protección contra sobrecargas (térmico) y un elemento electromagnético para la protección contra cortocircuitos (magnético)
  • Más económico pero menos ajustable que las unidades electrónicas
  • Sensible a las variaciones de temperatura ambiente
• Unidades de disparo electrónico (ETU):
  • Utiliza transformadores de corriente y microprocesadores para una protección más precisa
  • Ofrecen una amplia capacidad de ajuste y funciones de protección adicionales
  • Proporcionan funciones como medición, comunicación y diagnóstico
  • Más estable a las variaciones de temperatura

Tipos de características del viaje:

• MCCB de tipo B: Disparo magnético a 3-5 veces la corriente nominal. Adecuado para cargas resistivas como elementos calefactores e iluminación donde las corrientes de irrupción son bajas.
• MCCB de tipo C: Disparo a 5-10 veces la corriente nominal. De uso general para aplicaciones comerciales e industriales con cargas inductivas moderadas, como motores pequeños o iluminación fluorescente.
• MCCB de tipo D: Disparo a 10-20 veces la corriente nominal. Diseñado para circuitos con altas corrientes de entrada, como grandes motores, transformadores y baterías de condensadores.
• MCCB tipo K: Disparo a aproximadamente 10-12 veces la corriente nominal. Ideal para cargas inductivas críticas que requieren una elevada capacidad de arranque con arranques frecuentes, como cintas transportadoras o bombas.
• MCCB tipo Z: Disparo a sólo 2-3 veces la corriente nominal. Protección de alta sensibilidad para equipos electrónicos y de misión crítica en los que incluso las sobrecargas cortas pueden causar daños.

Funciones de protección de la unidad de disparo electrónico (LSI/LSIG):

• L - Retardo largo (sobrecarga): Protege contra sobrecorrientes sostenidas.
  • Ir (captación): Normalmente de 0,4 a 1,0 × In
  • tr (Retardo): Característica temporal inversa (por ejemplo, de 3 s a 18 s a 6 × Ir)
• S - Retardo corto: Para averías de corriente superior con necesidades de coordinación.
  • Isd (Recogida): Normalmente de 1,5 a 10 × Ir
  • tsd (Retardo): 0,05 a 0,5 segundos (con o sin función I²t)
• I - Instantáneo: Para una respuesta inmediata a cortocircuitos graves.
  • Ii (Recogida): Normalmente de 1,5 a 15 × In
• G - Fallo a tierra (si está equipado):
  • Ig (captador): Normalmente de 0,2 a 1,0 × In o valores fijos de mA.
  • tg (Retardo): 0,1 a 0,8 segundos

5. Selección del número de polos

El número de polos determina qué conductores puede proteger y aislar el magnetotérmico:

• Sistemas monofásicos:
  • Línea a neutro (L-N): MCCB unipolar o bipolar
  • Línea a línea (L-L): MCCB de 2 polos
• Sistemas trifásicos:
  • Trifilar (sin neutro): Interruptor magnetotérmico tripolar
  • Cuatro hilos (con neutro): MCCB tripolar o tetrapolar, según el sistema de puesta a tierra
• Consideraciones sobre el sistema de puesta a tierra:
  • TN-C: Interruptor magnetotérmico tripolar (el conductor PEN no debe conmutarse normalmente)
  • TN-S: magnetotérmico tripolar con neutro fijo, o tetrapolar si se requiere aislamiento del neutro
  • TT: se recomienda encarecidamente un MCCB de 4 polos para un aislamiento completo
  • IT (con neutro distribuido): MCCB de 4 polos obligatorio

6. Consideraciones sobre el diseño físico y la instalación

Los aspectos físicos de los MCCB afectan significativamente a los requisitos de instalación y mantenimiento:

Opciones de montaje:

• Montaje fijo: MCCB atornillado directamente a la estructura del panel. Es el más económico, pero requiere una desconexión completa para su sustitución.
• Montaje enchufable: El MCCB se enchufa en una base fija, lo que permite una sustitución más rápida sin alterar el cableado. Coste medio.
• Montaje extraíble: MCCB en chasis extraíble para aislamiento y sustitución con mínima interrupción. El coste más elevado, pero maximiza el tiempo de actividad de los circuitos críticos.
• Montaje en carril DIN: Disponible para MCCB más pequeños. Instalación sencilla en carriles estándar de 35 mm.

Conexiones y terminaciones:

• Tipos de orejetas: Las opciones incluyen orejetas mecánicas, orejetas de compresión, separadores extendidos y conectores de barras.
• Dimensionamiento de cables: Asegúrese de la compatibilidad de los terminales con los tamaños de conductor requeridos.
• Requisitos de par: Crítico para conexiones fiables - siga las especificaciones del fabricante.
• Espacio para doblar alambre: Debe cumplir los requisitos mínimos de radio de curvatura.

Factores medioambientales:

• Temperatura ambiente: Afecta a la capacidad de transporte de corriente.
• Altitud: El funcionamiento por encima de 2000 m requiere una reducción de los valores nominales de corriente y tensión.
• Tipo de caja y clasificación IP: Afecta al rendimiento térmico y a la protección contra los contaminantes.
• Grado de contaminación: Clasifica las condiciones ambientales previstas.

7. Coordinación eléctrica con otros dispositivos de protección

Una coordinación adecuada garantiza que sólo funcione el dispositivo de protección más cercano a una avería, minimizando el alcance de la interrupción:

Métodos de selectividad (discriminación):

• Selectividad actual: Establecer umbrales de corriente de dispositivos aguas arriba superiores a los de dispositivos aguas abajo.
• Selectividad temporal: Introducción de retardos intencionados en el disparo de dispositivos aguas arriba.
• Selectividad energética: Utilizando las características de limitación de corriente y los valores de paso de energía.
• Enclavamiento selectivo de zonas (ZSI): Comunicación entre interruptores para optimizar las decisiones de disparo.

En cascada (protección de reserva):

• Permite que los disyuntores aguas abajo con menor poder de corte estén protegidos por disyuntores limitadores de corriente aguas arriba.
• Debe verificarse mediante pruebas y tablas del fabricante.
• Puede ser económico pero puede comprometer la selectividad.

8. Accesorios y funciones adicionales

Los MCCB pueden equiparse con diversos accesorios para mejorar su funcionalidad:

• Derivación: Capacidad de disparo eléctrico a distancia.
• Liberación por subtensión: Se dispara cuando la tensión cae por debajo del nivel preestablecido.
• Contactos auxiliares: Indica el estado abierto/cerrado del MCCB.
• Contactos de alarma: Señal cuando el MCCB se ha disparado debido a un fallo.
• Operadores de motor: Permite el funcionamiento eléctrico a distancia.
• Empuñaduras giratorias: De accionamiento manual, a menudo montados en la puerta.
• Protectores de terminales: Mejorar la seguridad del personal.
• Módulos de comunicación: Permiten la integración con sistemas de gestión de edificios o SCADA.

Guía paso a paso para seleccionar el MCCB adecuado

Paso 1: Evalúe su sistema eléctrico y las necesidades de carga

Antes de seleccionar un MCCB, reúna la siguiente información clave:

1. Parámetros del sistema:
   • Tensión y frecuencia nominales
   • Número de fases y puesta a tierra del sistema
   • Características de la fuente de alimentación ascendente (kVA del transformador, %Z)
   • Condiciones del entorno de instalación
2. Calcular la corriente de diseño (Ib):
   • Para una sola carga: Utilice la fórmula adecuada en función de la potencia nominal, la tensión y el factor de potencia
   • Para cargas múltiples: Suma las corrientes individuales (considera los factores de diversidad si procede)
   • Añadir margen 25% para cargas continuas
3. Calcular la corriente prospectiva de cortocircuito (PSCC):
   • Considere la capacidad y la impedancia del transformador
   • Tenga en cuenta la impedancia del cable
   • Incluir otras impedancias aguas arriba
   • Utilice los parámetros del peor de los casos para obtener la máxima seguridad

Paso 2: Determinar la tensión nominal y el número de polos

1. Seleccione la tensión nominal adecuada:
   • Garantizar que la tensión operativa (Ue) ≥ tensión del sistema.
   • Verificar que la tensión de aislamiento (Ui) y la tensión soportada por impulso (Uimp) son adecuadas.
2. Elija el número correcto de polos:
   • Según el tipo de sistema (monofásico, trifásico)
   • Considerar los requisitos del sistema de puesta a tierra para la conmutación del neutro

Paso 3: Seleccionar la intensidad nominal y el poder de corte

1. Determinar la corriente nominal (In):
   • Asegurar In ≥ corriente de diseño (Ib).
   • Para cargas continuas, aplicar el factor 125% (In ≥ 1,25 × Ib).
   • Considerar futuras necesidades de capacidad (25-30% adicionales)
2. Seleccione la capacidad de rotura adecuada:
   • Garantizar la capacidad última de rotura (Icu) ≥ PSCC calculado.
   • Para aplicaciones críticas, garantizar la capacidad de rotura del servicio (Ics) ≥ PSCC
   • Considerar la criticidad del sistema al determinar los Ics requeridos como porcentaje de Icu.
3. Elija el tamaño de marco adecuado (Inm):
   • En función de la In requerida y de la capacidad de rotura
   • Considerar las limitaciones de espacio físico

Paso 4: Aplicar los factores de reducción necesarios

1. Reducción de la temperatura:
   • Si la temperatura ambiente supera la temperatura de referencia (normalmente 40°C)
   • Utilice las curvas/tablas de reducción de potencia del fabricante
2. Reducción de altitud:
   • Para instalaciones por encima de 2000 m
   • Afecta tanto a la corriente como a la tensión nominal
3. Reducción de potencia por agrupamiento:
   • Cuando se instalan varios MCCB próximos entre sí
   • Aplique el factor de diversidad nominal (RDF) según el diseño del panel
4. Impacto del cerramiento:
   • Tenga en cuenta la ventilación de la caja y el grado de protección IP
   • Puede requerir una reducción adicional de la temperatura

Paso 5: Seleccionar el tipo de relé y los ajustes de protección

1. Elija entre relé termomagnético o electrónico:
   • En función de los requisitos de la aplicación, el presupuesto y las funciones deseadas
   • Considerar la necesidad de adaptabilidad, comunicación y precisión
2. Seleccione la curva o características de disparo adecuadas:
   • En función del tipo de carga (resistiva, motor, transformador, electrónica)
   • Tenga en cuenta los requisitos de corriente de irrupción
3. Configurar los ajustes de protección (para relés electrónicos):
   • Ajuste de la protección contra sobrecarga (Ir) en función de la corriente de carga real
   • Configurar la protección contra cortocircuitos (Isd, Ii) en función del cálculo de los fallos
   • Ajuste la protección de fallo a tierra (Ig) si está equipado

Paso 6: Garantizar la coordinación con otros dispositivos de protección

1. Verificar la selectividad con dispositivos aguas arriba y aguas abajo:
   • Utilizar las tablas de selectividad del fabricante
   • Analizar las curvas tiempo-corriente
   • Aplicar el método de selectividad adecuado (corriente, tiempo, energía, ZSI)
2. Compruebe los requisitos en cascada si procede:
   • Verificar a través de las tablas en cascada del fabricante
   • Garantizar la protección de los dispositivos aguas abajo

Paso 7: Finalizar los requisitos físicos y de instalación

1. Confirmar que las dimensiones físicas se ajustan al espacio disponible:
   • Comprobar los planos acotados del fabricante
   • Garantizar los espacios libres adecuados
2. Seleccione el método de montaje:
   • Fijo, enchufable o extraíble en función de las necesidades de mantenimiento
   • Considerar el coste del ciclo de vida frente a la inversión inicial
3. Elija las conexiones de terminales adecuadas:
   • Según el tipo de conductor, el tamaño y la cantidad
   • Considerar el acceso para la instalación y el mantenimiento

Paso 8: Seleccionar los accesorios necesarios

1. Identificar las funciones auxiliares necesarias:
   • Necesidades de control remoto/supervisión
   • Requisitos del enclavamiento de seguridad
   • Integración con sistemas de automatización
2. Elegir los accesorios adecuados:
   • Disyuntores, relés de mínima tensión, contactos auxiliares
   • Enclavamientos mecánicos, asas, protectores de terminales
   • Módulos de comunicación en caso necesario

Errores comunes en la selección de MCCB que debe evitar

Tamaño insuficiente del MCCB

La selección de un interruptor magnetotérmico con una intensidad nominal insuficiente puede provocar:

• Disparos molestos durante el funcionamiento normal
• Envejecimiento prematuro del dispositivo
• Reducción de la vida útil de los equipos
• Paradas de producción innecesarias

Ignorar los requisitos de capacidad de rotura

Un MCCB con un poder de corte inadecuado puede:

• Fallo catastrófico durante una avería
• Crear graves riesgos para la seguridad
• Causar grandes daños a los equipos
• Provocan tiempos de inactividad prolongados y costosas reparaciones

Pasar por alto la coordinación con otros dispositivos de protección

Una coordinación adecuada garantiza:

• Sólo se dispara el disyuntor más cercano a la avería
• Interrupción mínima del resto del sistema
• Aislamiento y restauración de fallos más rápidos
• Mayor fiabilidad del sistema

Descuidar las consideraciones medioambientales

El rendimiento del MCCB se ve afectado por:

• Temperatura ambiente (requiere reducción de potencia a altas temperaturas)
• Niveles de humedad y contaminación
• Altitud (requiere reducción de potencia por encima de 2000 m)
• Ventilación y disipación del calor

Selección incorrecta de la curva de disparo

El uso de una curva de disparo incorrecta para su aplicación puede provocar:

• Disparos molestos durante las corrientes de entrada normales
• Protección inadecuada para cargas sensibles
• Respuesta de protección descoordinada
• Fiabilidad del sistema comprometida

Consideraciones especiales para diferentes aplicaciones de paneles

Aplicaciones de paneles industriales

Para los paneles industriales, priorizar:

• Mayor capacidad de rotura para entornos industriales
• Funciones de protección del motor
• Construcción robusta para entornos difíciles
• Coordinación con arrancadores de motor y contactores
• Disparo selectivo para la continuidad de servicios críticos

Paneles para edificios comerciales

Para aplicaciones comerciales, considere:

• Capacidad de protección económica en cascada
• Funciones de medición y control
• Diseños que ahorran espacio
• Requisitos de mantenimiento y accesibilidad
• Cumplimiento de los códigos de construcción comercial

Paneles de potencia crítica

Para aplicaciones críticas como hospitales o centros de datos:

• La selectividad y discriminación entre interruptores es esencial (Ics = 100% Icu)
• Funcionamiento y supervisión a distancia
• Funciones de comunicación avanzadas
• Mayores requisitos de fiabilidad
• Sistemas de protección redundantes

Ejemplo de cálculo del tamaño del MCCB

Veamos cómo seleccionar un magnetotérmico para un cuadro de motor trifásico de 415 V y 50 CV:

1. Calcular la corriente a plena carga:
   • El motor de 50 CV a 415 V, trifásico, tiene aproximadamente 68 A de corriente a plena carga.
2. Aplicar margen de seguridad para funcionamiento continuo:
   • 68A × 1,25 = 85A mínimo
3. Tenga en cuenta la corriente de arranque del motor:
   • El arranque directo en línea puede consumir entre 6 y 8 veces la corriente a plena carga
   • Necesita MCCB con ajuste de disparo magnético por encima de la corriente de arranque
4. Determinar el requisito de capacidad de ruptura:
   • Suponiendo una corriente de defecto disponible de 25 kA
   • Poder de corte requerido: 25kA × 1,25 = 31,25kA
5. Selección final del MCCB:
   • Interruptor magnetotérmico de 100 A con poder de corte de 35 kA
   • Curva de disparo termomagnético tipo D o relé electrónico con ajustes adaptados al arranque del motor
   • Tensión nominal de 415 V, configuración tripolar
   • Considere funciones adicionales como contactos auxiliares para la supervisión del estado

 

Conclusión: Selección óptima de MCCB para su panel

La selección del magnetotérmico adecuado para su cuadro requiere un enfoque sistemático que tenga en cuenta múltiples factores técnicos, como el valor nominal de corriente, el valor nominal de tensión, el poder de corte, las características de disparo, la configuración de los polos y consideraciones físicas. Siguiendo el proceso paso a paso que se describe en esta guía, podrá asegurarse de que su sistema eléctrico esté protegido, sea fiable y cumpla las normas pertinentes.

Recuerde estos puntos clave a la hora de seleccionar un MCCB:

• Dimensione el MCCB en función de la corriente de carga calculada más el margen de seguridad adecuado.
• Garantizar que el poder de corte supere la corriente de defecto máxima prevista
• Seleccione características de viaje compatibles con su tipo de carga específico
• Considerar la coordinación con otros dispositivos de protección
• Tenga en cuenta las condiciones ambientales y aplique la reducción de potencia adecuada
• Elija la configuración física y los accesorios en función de las necesidades de la aplicación

Cumpla siempre los códigos y normas eléctricos pertinentes, incluidas las normativas NEC, IEC o locales. Para aplicaciones críticas o sistemas complejos, consulte a un ingeniero eléctrico cualificado o al equipo de asistencia técnica del fabricante del MCCB.

El tiempo invertido en la selección de un MCCB adecuado da sus frutos gracias a la mejora de la seguridad, la fiabilidad y el rendimiento del sistema durante todo el ciclo de vida de su instalación eléctrica.

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