¿Como Funciona un disyuntor (Breaker) Termomagnético?

Una gran parte de los breakers (disyuntores) son termomagnéticos, lo cual significa que combinan dos mecanismos de protección: uno es accionado por calor, y el otro por inducción electromagnética. Tanto el calor como la inducción son provocados por la corriente que demanda el circuito conectado al breaker.

El objetivo de combinar dos mecanismos de protección es tener un breaker con dos tipos de respuesta, cada una contemplada para ciertos tipos de fallas eléctricas. Sin embargo, el objetivo es el mismo: proteger los conductores y el equipo eléctrico conectado al circuito.

Aparte de los principios físicos utilizados, la principal diferencia entre los dos mecanismos de protección es que la magnética es instantánea, mientras que la térmica tiene un retraso de tiempo.

¿Cuándo se Requiere Protección Instantánea?
El principal objetivo de la protección magnética es interrumpir corrientes de falla de gran magnitud, que no forman parte de la operación normal de un sistema eléctrico. Algunos ejemplos son los cortocircuitos, las fallas entre líneas, y las fallas de línea a tierra. Estas corrientes pueden causar daño severo a equipos, representan un riesgos para las personas, y se deben interrumpir lo más rápido posible.

El mecanismo de protección magnética (instantánea) opera como se describe a continuación:
• La alta corriente de falla induce un potente campo magnético por medio de una bobina dentro del breaker.

• El campo magnético acciona un interruptor, lo cual dispara el breaker y desconecta la falla.

El mecanismo de protección magnética se calibra para responder a fallas de gran magnitud, pero no responde a las siguientes corrientes:

• Corriente normal de operación.

• Sobrecargas de baja magnitud, mayores a la corriente nominal pero aún muy pequeñas como para accionar la protección magnética.

¿Cuándo se Requiere Protección con Retraso?
Existen muchos aparatos eléctricos que exceden su corriente nominal por periodos breves, como parte normal de su operación. Por ejemplo, las lámparas HID y los motores eléctricos tienen corrientes de arranque de magnitud elevada pero corta duración. En estos casos la protección magnética no resulta práctica, ya que la respuesta inmediata no permitiría el arranque de estos dispositivos. La protección magnética debe diseñarse para no responder a estos picos de corriente breves, activándose solamente la ocurrir una falla. Para la protección contra sobrecorriente se emplea un mecanismo térmico, el cual tiene un tiempo de respuesta. De esta forma se permiten picos de corriente, pero no la operación prolongada por encima de la corriente nominal del breaker.

La protección térmica utiliza un contacto bimetálico que se expande en respuesta al calor, hasta que la expansión llega al punto de desconectar el circuito. Cabe mencionar que el calor generado depende de la magnitud de la corriente y su duración, por lo que sobrecorrientes de mayor magnitud disparan el breaker en menos tiempo.
Lo opuesto también aplica: una sobrecorriente que exceda la corriente nominal por un margen leve puede presentarse durante algunos minutos antes de disparar el interruptor.

Con los componentes a la vista analizaremos su funcionamiento.

Funcionamiento
El funcionamiento de un interruptor termomagnético se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente hacia la carga.

Magnético
Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado, tiende a abrir un contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor termomagnético) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción.
Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente.

Térmico

La otra parte está constituida por una lámina bimetálica que, al calentarse por encima de un determinado límite por efecto de la corriente que circula por ella, sufre una deformación y pasa a una posición que activa el correspondiente dispositivo mecánico, provoca la apertura del contacto.
Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se eleva la corriente por conexión de aparatos o mal funcionamiento de los mismos.