Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2026-10-12 Origen: Sitio
Una interpretación técnica de la investigación experimental sobre el aumento de temperatura de los terminales de disyuntores en miniatura y la influencia de la geometría del marco de los terminales.
El aumento de temperatura de los terminales es un parámetro de rendimiento importante en los disyuntores en miniatura (MCB). El calentamiento excesivo en el terminal puede afectar la confiabilidad del producto y, bajo ciertas condiciones, provocar que el terminal se queme.
En aplicaciones reales, el daño terminal no es necesariamente causado únicamente por la corriente eléctrica. El tipo de conductor y el área de sección transversal, el par de apriete, las condiciones de instalación y la geometría del marco del terminal pueden influir en el comportamiento térmico de la conexión.
El artículo de investigación Estudio experimental sobre el aumento de temperatura del bloque terminal de un disyuntor en miniatura , realizado por Huang Jia, Ren Changbin y Zhang Yanyang, investiga estos factores a través de experimentos comparativos.
El estudio primero evalúa el aumento de temperatura terminal bajo diferentes parámetros de conexión. Luego examina la influencia del aislamiento del conductor que ingresa al marco del terminal y compara dos diseños de marco del terminal: una estructura nervada y una estructura de ranura compuesta.
Este artículo sigue la secuencia de investigación original, presenta las tres tablas de datos originales en inglés y conserva las dos ilustraciones originales del marco terminal para explicar los hallazgos del estudio.
Los investigadores seleccionaron MCB unipolares con capacidad de 100 A en función de las condiciones reales de aplicación del cliente. Las muestras fueron analizadas en un ambiente de laboratorio controlado.
Las principales condiciones de prueba fueron las siguientes:
Corriente nominal del MCB: 100 A
Temperatura ambiente de referencia: 25°C, mantenida dentro de ±1°C
Muestras de prueba: 36 muestras de MCB para comparar los parámetros de conexión
Duración de la prueba: 50 horas por muestra según el procedimiento de energización cíclica informado
Periodo de energización diario: 09:00–17:00
Medición de temperatura: un instrumento de medición de temperatura multicanal
Control del par de apriete: un destornillador dinamométrico
Disposición de muestra: colocación individual, sin otros disyuntores ni fuentes de calor a menos de 20 cm a cada lado
Los investigadores registraron tres lecturas de temperatura durante el último minuto antes de cortar la energía cada día y las promediaron para obtener el valor terminal diario de aumento de temperatura.
Para las pruebas de material conductor, se probaron conductores de aluminio sin terminales de transición de cobre a aluminio. Los elementos de disparo de protección térmica se retiraron de los MCB antes de la prueba para evitar que el disparo térmico interrumpiera el experimento.
Posteriormente, el estudio realizó una comparación separada entre dos diseños de marcos de terminales utilizando el mismo modelo de MCB y un par de apriete específico.
Estas condiciones experimentales son importantes a la hora de interpretar los resultados: los hallazgos describen las muestras y configuraciones probadas, en lugar de los límites de rendimiento universales para cada terminal MCB.
El primer conjunto de experimentos examinó cuatro variables:
Par de apriete
Tipo de conductor
Área de sección transversal del conductor
corriente electrica
La Tabla 1 reproduce los resultados de los parámetros de conexión informados en el artículo original.
Par de apriete (N·m) |
Tipo de conductor |
Área de sección transversal (mm²) |
Corriente (A) |
Resultado informado |
|---|---|---|---|---|
2.3 |
Cobre |
10 |
100 |
135,2 mil |
2.3 |
Cobre |
10 |
75 |
89,5 mil |
2.3 |
Cobre |
10 |
63 |
78,3 mil |
2.3 |
Cobre |
6 |
100 |
Terminal quemado después de 50 h |
2.3 |
Cobre |
6 |
75 |
100,4 kilos |
2.3 |
Cobre |
6 |
63 |
85,3 mil |
2.3 |
Aluminio |
16 |
100 |
Terminal quemado después de 0,1 h. |
2.3 |
Aluminio |
16 |
75 |
Terminal quemado después de 0,3 h. |
2.3 |
Aluminio |
16 |
63 |
Terminal quemado después de 0,5 h. |
2.3 |
Aluminio |
10 |
100 |
Terminal quemado después de 0,04 h. |
2.3 |
Aluminio |
10 |
75 |
Terminal quemado después de 0,05 h. |
2.3 |
Aluminio |
10 |
63 |
Terminal quemado después de 3 h |
1.2 |
Cobre |
10 |
100 |
206,2 mil |
1.2 |
Cobre |
10 |
75 |
114,8 mil |
1.2 |
Cobre |
10 |
63 |
99,7 mil |
1.2 |
Cobre |
6 |
100 |
Terminal quemado después de las 11 h |
1.2 |
Cobre |
6 |
75 |
201,1 kilos |
1.2 |
Cobre |
6 |
63 |
185,8 mil |
Fuente: Tabla 1 del artículo original. El documento registra los tiempos de combustión terminal en los que las muestras se quemaron antes del punto final de la prueba. Las temperaturas en el momento de la quema no fueron registradas porque excedían el rango de medición del termopar.
Para los 10 mm² Conductor de cobre, el aumento de temperatura terminal informado fue mayor a 1,2 N·m que a 2,3 N·m en las tres corrientes probadas.
Por ejemplo, a 100 A, el valor registrado aumentó de 135,2 K a 2,3 N·m a 206,2 K a 1,2 N·m.
Esta comparación respalda la conclusión del artículo de que un par de apriete insuficiente puede afectar negativamente el rendimiento del aumento de temperatura del terminal.
Sin embargo, el resultado no debe interpretarse como una recomendación para apretar los tornillos de los terminales más allá del par especificado. El par adecuado depende del conjunto de terminales particular y de los requisitos del fabricante.
Los resultados para los conductores de cobre generalmente muestran un mayor aumento de temperatura con una corriente más alta en condiciones comparables.
El estudio también encontró que los 6 mm² El conductor de cobre produjo resultados menos favorables que el de 10 mm² conductor en varias comparaciones.
Estas observaciones son consistentes con la importancia de la carga de corriente y la resistencia del conductor en el calentamiento de terminales. Los resultados también muestran por qué el tamaño del conductor y las condiciones de apriete deben considerarse juntos en lugar de evaluarse de forma independiente.
En las condiciones probadas, las configuraciones de conductores de aluminio experimentaron quemaduras terminales mucho antes que las configuraciones de conductores de cobre en varias comparaciones.
Esto fue particularmente evidente en el 16 mm² pruebas de conductores de aluminio, en las que se registró quemado de terminales en un plazo de 0,1 a 0,5 horas en los tres niveles de corriente probados.
Los autores concluyeron que los conductores de aluminio eran más propensos a quemarse los terminales en las condiciones investigadas.
Este es el resultado de las configuraciones de prueba específicas. No establece que cada terminal compatible con aluminio funcionará peor que cada conexión de cobre; La compatibilidad de terminales, la preparación de conductores y los requisitos de instalación siguen siendo importantes.
Los investigadores también investigaron si el aislamiento del conductor presionado en el marco del terminal afectaba el aumento de temperatura.
Para la comparación se utilizaron dos muestras de MCB del mismo modelo y clasificación. La prueba se realizó a 100 A, con un par de apriete de 3,5 N·m y una sección del conductor de 35 mm². El aumento de la temperatura terminal se registró después de cuatro horas de activación.
Corriente (A) |
Par de apriete (N·m) |
Sección transversal del conductor (mm²) |
Sin aislamiento atrapado (K) |
Con aislamiento atrapado (K) |
|---|---|---|---|---|
100 |
3.5 |
35 |
51.2 |
76.5 |
100 |
3.5 |
35 |
56.8 |
123.7 |
100 |
3.5 |
35 |
49.8 |
73.2 |
100 |
3.5 |
35 |
47.4 |
70.6 |
Fuente: Tabla 2 del artículo original. Las cuatro lecturas se reproducen en el orden informado.
Las cuatro lecturas emparejadas muestran un mayor aumento de temperatura en los terminales cuando se presionó el aislamiento del conductor en el marco del terminal.
En la segunda lectura, el aumento de temperatura aumentó de 56,8 K a 123,7 K.
El resultado ilustra que el rendimiento del terminal depende no sólo del diseño del componente sino también de la calidad de la instalación del conductor.
Cuando el aislamiento ingresa a la región de sujeción, puede interferir con la interfaz conductora prevista entre el conductor y el terminal. Esto puede afectar negativamente a la conexión y a su comportamiento térmico.
La implicación práctica es sencilla: la preparación e inserción del conductor debe seguir las instrucciones del fabricante del terminal. El aislamiento del conductor no debe quedar atrapado en una región de sujeción diseñada para establecer contacto eléctrico con el conductor.
La siguiente parte del estudio se centra en la geometría del marco terminal.
Los investigadores compararon dos diseños:
Un marco terminal nervado con un perfil inferior triangular
Un marco terminal de ranura compuesta con elementos empotrados a lo largo de los lados y la parte inferior
Ambos diseños fueron fabricados en acero Q195. En la comparación se utilizó el mismo modelo de MCB y un par de apriete de 2,3 N·m.
Figura original 1. Diseño de marco terminal acanalado.
El artículo original describe este diseño con un perfil inferior triangular combinado con nervaduras. Las dimensiones de las nervaduras informadas son 6,8 mm de longitud y 0,6 mm de altura.
Figura 2 original. Diseño de marco de terminal de ranura compuesta.
El diseño de ranura compuesta utiliza ranuras triangulares en ángulo recto. El documento indica una profundidad de ranura de 0,25 mm, una longitud de nervio de 9,6 mm y una altura de nervio de 0,5 mm.
Las dos figuras son las ilustraciones originales del artículo. Se incluyen para preservar la comparación estructural en la que se basa el siguiente experimento.
Los investigadores probaron ambos diseños de marcos de terminales bajo el mismo par de apriete especificado y compararon el comportamiento de aumento de temperatura de sus terminales.
Corriente (A) |
Tipo de conductor |
Área de sección transversal (mm²) |
Diseño acanalado |
Diseño de ranura compuesta |
|---|---|---|---|---|
75 |
Cobre |
6 |
100,2 kilos |
97,0 mil |
63 |
Cobre |
6 |
85,4 mil |
81,2 mil |
75 |
Aluminio |
16 |
Terminal quemado después de 0,3 h. |
Terminal ardiendo después de 2,6 h |
63 |
Aluminio |
16 |
Terminal quemado después de 0,5 h. |
Terminal quemado después de 3,5 h |
Fuente: Tabla 3 del artículo original. Para las pruebas de conductores de aluminio, los valores informados son tiempos hasta la quema del terminal, no mediciones de aumento de temperatura.
Para los 6 mm² conductor de cobre, el diseño de ranura compuesta produjo un menor aumento de temperatura informado en ambas comparaciones.
A 75 A, el aumento de temperatura registrado disminuyó de 100,2 K a 97,0 K. A 63 A, disminuyó de 85,4 K a 81,2 K.
Las diferencias son mensurables, aunque los resultados por sí solos no establecen una ventaja de rendimiento universal para cada diseño de ranura compuesta.
La diferencia entre los dos diseños fue más pronunciada en las pruebas con conductores de aluminio informadas.
A 75 A, la muestra de diseño nervado experimentó una combustión terminal después de 0,3 horas, mientras que la muestra de ranura compuesta se quemó después de 2,6 horas.
En 63 A, los tiempos correspondientes fueron 0,5 horas y 3,5 horas.
Estos resultados indican que el diseño de ranura compuesta funcionó mejor en las configuraciones específicas de conductores de aluminio probadas. Debido a que las temperaturas en el momento de la combustión excedieron el rango de medición del termopar, el estudio no informó los valores terminales correspondientes de aumento de temperatura para estos eventos.
Los autores propusieron tres mecanismos para explicar los resultados.
Las ranuras triangulares a lo largo de los lados y la parte inferior del marco brindan espacio para la expansión del conductor.
Según el artículo, cuando el conductor se calienta y se expande, se puede presionar en estas ranuras, aumentando el área de contacto y reduciendo la resistencia de contacto.
Esta es la explicación propuesta para el menor aumento de temperatura observado con el diseño de ranura compuesta en las pruebas comparativas.
Las nervaduras laterales trabajan junto con el perfil inferior curvo para guiar al conductor hacia el centro del terminal durante el apriete.
Los autores sugieren que esta disposición mejora el posicionamiento del conductor y la confiabilidad de la conexión.
También analizan cómo el calentamiento y enfriamiento repetidos pueden cambiar las dimensiones del conductor y afectar las condiciones de sujeción. Si el conductor se mueve y la fuerza de sujeción disminuye, la conexión puede entrar en un ciclo negativo en el que una sujeción reducida promueve un mayor movimiento y una mayor pérdida de fuerza de sujeción.
La estructura de ranura compuesta tiene como objetivo reducir este riesgo ayudando a mantener el posicionamiento del conductor y la retención mecánica.
El perfil inferior curvo y dos nervaduras trabajan juntos para resistir el movimiento axial del conductor.
El artículo informa que los marcos terminales sin las características de nervaduras relevantes no superaron los 16 mm² prueba de movimiento del cable trenzado y mostró un peor desempeño en las pruebas de extracción correspondientes.
Esta observación es importante porque el rendimiento del terminal implica tanto contacto eléctrico como retención mecánica. Una conexión debe establecer la interfaz conductora prevista manteniendo al mismo tiempo la posición del conductor bajo las condiciones mecánicas especificadas.
Los resultados experimentales respaldan cuatro conclusiones principales informadas por los autores:
En las condiciones probadas, un par de apriete más bajo, una sección transversal del conductor más pequeña y una corriente más alta se asociaron con un rendimiento de aumento de temperatura de los terminales menos favorable.
Las configuraciones de conductores de aluminio fueron más propensas a quemarse los terminales que las configuraciones de conductores de cobre en las pruebas.
Presionar el aislamiento del conductor dentro del marco del terminal aumentó el aumento de temperatura medido en el terminal.
La geometría del marco terminal influyó en los resultados. El diseño de ranura compuesta produjo un menor aumento de temperatura con conductores de cobre y tiempos más prolongados para quemar los terminales con conductores de aluminio en las condiciones de prueba informadas.
El estudio demuestra que el aumento de la temperatura terminal no está determinado únicamente por la corriente. Las propiedades del conductor, las condiciones de instalación, el par de apriete y la geometría del marco del terminal interactúan para influir en el rendimiento de la conexión.
Para los diseñadores de marcos de terminales y fabricantes de disyuntores, la lección práctica es que el diseño estructural debe evaluarse mediante pruebas comparativas en condiciones eléctricas, térmicas y mecánicas definidas.
Los resultados informados se aplican a los diseños particulares de ensamblaje de MCB y marcos de terminales investigados en el artículo. No deben interpretarse como garantías universales de rendimiento ni como prueba de que cada marco terminal ranurado superará a cualquier diseño nervado.
Huang Jia, Ren Changbin y Zhang Yanyang, 'Estudio experimental sobre el aumento de temperatura del bloque de terminales de un disyuntor en miniatura' (小型断路器接线端子温升研究), Aparatos eléctricos y tecnología de gestión de eficiencia energética , 2021, n.º 8, págs.
DOI: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2021.08.008.
Este artículo es una interpretación técnica en inglés de la investigación citada. Los valores experimentales, las dimensiones del diseño y los resultados observados se reproducen del artículo original; Los mecanismos propuestos se atribuyen a los autores del artículo.
