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Selección del conector LED correcto para los MCB

Aprenda a seleccionar el número correcto de luminarias LED y sus disyuntores en miniatura para que no se dispare incorrectamente.

Cómo seleccionar la luminaria LED correcta y el número correcto para un interruptor miniatura (MCB)

Desafío

Las luminarias LED utilizan convertidores de corriente alterna/corriente continua (CA/CC) para suministrar una salida de corriente continua (CC) regulada a los componentes LED en ellos.

La corriente de entrada es la corriente inicial extraída por los filtros capacitivos (interferencia electromagnética (EMI), los condensadores de seguridad) y las cargas inductivas (transformador, estranguladores de modo común) de los convertidores CA/CC. Las corrientes de entrada pueden ser varias veces la magnitud de la corriente de estado estable que dura menos de un (1) milisegundo.

Sin embargo, esta duración es muy breve, algunos de los MCB  responden a esta corriente máxima y disparan el circuito que conduce al apagado de la fuente de luz LED sin la existencia de una condición de falla.  

Solución*

Para garantizar que los MCB no se disparen en este escenario “sin falla”, es fundamental elegir el tipo correcto de MCB. Esta selección depende de las características de corriente de entrada del engranaje de control/controlador utilizado en la luminaria y el tipo, las clasificaciones del MCB.

*La información proporcionada aquí debe usarse solo como una guía. Se recomienda que los ingenieros eléctricos certificados evalúen las necesidades de instalación y las normas nacionales de seguridad para ayudar a realizar la selección adecuada de los MCB. 

Comprensión de la corriente de entrada

La corriente de entrada se especifica en términos de su valor máximo y duración del impulso. (Consulte la figura 1 para ver una forma de onda típica de corriente de entrada). Los valores máximos de las corrientes de entrada para el engranaje/controlador utilizado en las luminarias LED ECH varían en el rango de varias decenas de amperios para voltajes de entrada de CA de 100 a 277 VAC 50/60 Hz.  La duración del impulso (duración de la corriente de entrada) se define como la duración del tiempo al 50 % del valor máximo de la corriente de entrada. La duración típica del impulso para los engranajes de control utilizados en las luminarias LED ECH está en el rango de varios cientos de microsegundos. Las características de corriente de entrada de los controladores LED también se especifican en términos del valor I2t. Esto es útil para seleccionar fusibles, relés y atenuadores compatibles para que funcionen con múltiples accesorios de luminarias. La norma NEMA 410 describe los criterios que debe cumplir un engranaje de control que está conectado a un circuito derivado de iluminación.
inrush-current-waveform-chart.jpg

La magnitud y la duración del impulso de la corriente de entrada dependen de los siguientes factores.

Voltaje de entrada: el valor máximo de la corriente de entrada aumenta con el voltaje de CA de entrada

Impedancia de línea: el valor máximo de la forma de onda de corriente de entrada ayuda a reducir con la impedancia de línea

Temperatura: el valor máximo de la corriente de entrada aumenta con la temperatura y la duración del pulso se reduce con la temperatura

Ángulo de fase de la forma de onda de CA en la que se encienden los controladores LED: el valor máximo de la forma de onda de corriente de entrada es más alto cuando los controladores LED se encienden en ángulos de 90 o 270 de una forma de onda de CA

ANSI C82.16 -2015 describe un método para medir la corriente de entrada o la corriente de entrada del modelo con fines de simulación para controladores LED. 

En algunos casos, esta clasificación de corriente de estado estable de la luminaria puede determinar la cantidad de accesorios instalados por disyuntor. La corriente nominal o en estado estable de  las luminarias LED se enumeran en la placa de identificación del producto.

Comprensión de los disyuntores en miniatura

Los MCB son dispositivos de protección reiniciables contra condiciones anormales en circuitos eléctricos como sobrecorriente/carga, cortocircuitos y fallas a tierra.

Hay varios tipos de MCB disponibles en el mercado. La selección del MCB adecuado depende del tipo de certificación, como UL o IEC, corrientes de disparo/interrupción nominales, funcionamiento de CA o CC, rango de voltaje de entrada y aplicación (como residencial, comercial o industrial).

Los disyuntores utilizan un código alfabético como un tipo B, C o D que tiene diferentes características de corriente de disparo para su uso en diversas aplicaciones.  Consulte la Figura 2. 

Los disyuntores tipo B se utilizan en aplicaciones residenciales donde las cargas son de naturaleza resistiva. 

Los tipos C o D se utilizan en aplicaciones comerciales/industriales donde las cargas son típicamente capacitivas y/o inductivas.

Los disyuntores tipo Z, S o K son para uso en casos especiales y no se analizarán aquí.

**In: corriente nominal del disyuntor

TIPO DE MCB Límites de corriente de disparo
B 3 a 5 In**
C 5 a 8 In**
D 10 a 20 In**

Cómo calcular la cantidad de accesorios por interruptor miniatura

La cantidad máxima de accesorios que se pueden conectar a un interruptor miniatura (MCB) se determina tanto por las características de corriente de entrada como por la corriente nominal de la luminaria. 

Al estimar la cantidad de accesorios para evitar la protección contra sobrecarga del MCB, se debe seguir el siguiente enfoque.

Primero, determine estos elementos críticos:

• La clasificación de corriente del MCB y la clasificación de corriente de entrada nominal de la luminaria a la tensión de entrada requerida

• Los factores de reducción de potencia para el MCB seleccionado en función de la temperatura 

La clasificación de corriente de un MCB se especifica a una temperatura de referencia. El MCB debe reducirse para temperaturas de funcionamiento que estén fuera de la temperatura de referencia. Estos factores de reducción de potencia son proporcionados por los fabricantes del MCB.

• El factor de reducción de potencia cuando varios MCB se montan adyacentes entre sí en un panel

A continuación, se utiliza lo siguiente para calcular el número de controladores LED requeridos.

Número máximo de controladores LED = (corriente nominal MCB x factores de reducción) / Corriente de entrada de la luminaria

Los fabricantes de MCB proporcionan características de corriente de disparo para sus disyuntores (consulte algunos ejemplos a continuación en la Figura 3 y la Figura 4).  Es importante tener en cuenta que estas características son específicas para los fabricantes de los disyuntores y pueden variar para diferentes tipos de disyuntores.

Figura 3:  Características de disparo para Eaton xEffect FAZ serie B, C y D tipo MCB
fig-3-mcb-tripping-characteristics-chart.jpg
Figura 4: .Eaton xEffect – Características de la corriente de disparo del MCB de la serie FAZ tipo B, C para una duración de pulso baja
fig-4-eaton-x-effect-chart.jpg

A continuación, para estimar la corriente sin disparo para un MCB determinado, evalúe la corriente de retención (Ih). Esto se puede calcular con la ecuación n.° 1 a continuación.

Ecuación 1:    Ih = k *c*In                                                                      

Donde:

·   Ih es la corriente de retención

·   k es el factor de corrección según la duración del impulso de corriente de entrada

·   c es el factor que depende del tipo de disyuntor

·   In es la corriente nominal del disyuntor.

El número de accesorios que se pueden soportar en un interruptor dado se calcula en función de la ecuación n.° 2.

Ecuación 2:      Cantidad  de accesorios = Ih / Iirrupción pico

Figura 5: características de la corriente de entrada del dispositivo/controlador ECH VMVL-7.

fig-5-driver-inrush-current-charts.jpg
En función de los datos de la figura 5 anterior, podemos inferir lo siguiente sobre las características de la corriente de entrada. La corriente nominal para estos accesorios es de 0.63 A a 120 VCA y de 0.34 A a 220 VAC.
Voltaje de entrada de CC Corriente nominal Corriente de entrada máxima Ancho del pulso
100 - 21.2 A 336 μS
120 0.63 A 24.7 A 336 μS
220 0.34 A 49.2 A 320 μS
277 - 63.0 A 304 μS

La corriente de entrada máxima aumenta con el aumento del voltaje de entrada. Esto se espera dadas las características de entrada del engranaje/controlador.

Para un disyuntor B10A con las características de corriente de disparo como se muestra en la figura 4, la Ih calculada (corriente de retención) a 120 VAC puede calcularse de la siguiente manera.

Ih = k *c*In        

Donde k = 15 (de la figura 4), c = 3 e In = 10A

Por lo tanto, calculado Ih = 15*3*10 = 450

La cantidad de  accesorios Champ VMVL-7 que pueden admitirse en este disyuntor a una entrada de 120 VCA es,

Ih / I irrupción pico  = 450/24.7 = 18.21 ~ 18 accesorios

A una entrada de 220 VCA, el número  de accesorios será = 450/49.2 = 9.14  (~ 9 accesorios)

La cantidad de accesorios que se pueden soportar en función del cálculo de corriente nominal es igual a (In * 0.8)/corriente nominal Luminaire a 220 VCA = 8/0.34 A =  23 accesorios.

El número máximo de accesorios por MCB en este ejemplo está limitado por las características de corriente de entrada del MCB.

Consideraciones importantes para la selección y el tamaño del disyuntor en miniatura

Temperatura ambiente del disyuntor

La corriente de carga típica de los MCB se proporciona a una temperatura ambiente de 30 °C. (Consulte la Figura 6 a continuación para ver un ejemplo de reducción de las corrientes de carga en función de las temperaturas ambientales de funcionamiento).

Tenga en cuenta que varios MCB suelen montarse dentro de un panel. Se debe evaluar la temperatura ambiente de cada uno de los MCB dentro de un panel para determinar la reducción adecuada.

Se recomienda enfáticamente revisar la hoja de datos del disyuntor para detectar los factores de corrección que se utilizarán para estimar los valores de disparo correctos.

Figura 6: Disminución de temperatura para los MCB de la serie Eaton xEffect FAZ

fig-6-temperature-derating.jpg

Cantidad de conductores por luminaria

Las luminarias LED están disponibles en varios rangos de luz/potencia. Los accesorios de mayor potencia/nivel de iluminación pueden utilizar varios controladores para alimentar la luminaria.

Si bien los picos de corriente de entrada de múltiples controladores LED tienen una menor probabilidad de coincidir entre sí, es seguro suponer que ese es el caso para evitar el disparo molesto del MCB.

En este caso, las corrientes de entrada de corriente de los controladores LED individuales serán aditivas. Es fundamental que el diseñador de la instalación verifique la cantidad de controladores utilizados en cada una de las luminarias para determinar la corriente de entrada total de cada uno de los accesorios.

La suma total del valor de corriente de entrada debe usarse en las ecuaciones para estimar el número de accesorios soportados por tipo dado de MCB.

Impedancia de línea

En una instalación típica, las luminarias pueden separarse lejos de la ubicación del disyuntor y entre sí. La impedancia en serie de las líneas eléctricas será diferente para cada una de las luminarias. A medida que aumenta la impedancia, disminuye el valor máximo de la corriente de entrada observada por las luminarias. Por lo tanto, disminuye aún más una luminaria del valor máximo del MCB de la corriente de entrada observada por esta.

Factor de seguridad del diseño

Se recomienda instalar un tipo de disyuntor que tenga una corriente nominal más alta que la requerida en función de los cálculos de entrada. Esto ayuda a evitar disparos molestos mientras proporciona la protección de circuito necesaria.

Resumen

En resumen, existen varios factores que pueden influir en el rendimiento de disparo de un MCB. La información proporcionada aquí debe usarse únicamente como una guía. Se recomienda que los ingenieros eléctricos certificados evalúen las necesidades de instalación y las normas nacionales de seguridad para ayudar a realizar la selección adecuada de los MCB.