Un fusible es un dispositivo de
protección muy importante usado para desconectar automáticamente un circuito
activo cuando se excede un valor predeterminado de corriente y/o tiempo de
corriente predeterminada. Para simplificar, el fusible es actualmente el
conductor diseñado para fundirse, y por lo tanto abrir el circuito, si la
corriente excede un valor predeterminado.
Principios de diseño y operación
Un fusible
consiste en una parte reemplazable (la unión fusible) y un portafusibles. El
fusible más simple es una longitud de conductor. Se monta mediante conexiones
de tornillo en un portafusibles que en parte lo encierra. Cuando fluye una
sobrecorriente o corriente de cortocircuito, el conductor comienza a fundirse y
comienza el arco en varias posiciones. El voltaje del arco causa que la
corriente cae y una vez ha caído a cero, el arco se extingue.
Cuanto mayor es la sección del
conductor, mayor es la corriente que el fusible puede transportar sin operar.
Estos fusibles suelen especificarse para voltajes del entorno de 250 V y 100 A.
Estos fusibles se conocen como fusibles semi-encerrados o reparables
.
El fusible más común es el tipo
cartucho. Consiste en un depósito (usualmente de cerámica) conteniendo uno o
más elementos que están conectados a cada una de las tapas del extremo que
están adaptadas a los extremos del depósito. Si se requiere una capacidad de
ruptura de la corriente alta, el cartucho se llena con arena de pureza química
alta y tamaño de grano controlado. El fusible completo se reemplaza después de
que opere y se desconecte el fallo. Los fusibles de cartucho se usan para un
rango de voltajes y corriente mucho más amplios que los fusibles
semi-encerrados.
Los conectores fusibles pueden
dividirse en tipo limitador de corriente y no limitador de corriente. Un
fusible de cartucho relleno de arena es del tipo limitador de corriente; cuando
opera, limita la corriente pico a un valor que es sustancialmente inferior que
la corriente de prospectiva. Un fusible no limitador de corriente, tal como un
fusible semi-cerrado, no limita la corriente significativamente. La fusión
ocurre primero en las muescas cuando fluye la sobrecorriente y esto da como
resultado un número de arcos controlados en serie. El voltaje a través de cada
arco contribuye al voltaje total a través del fusible, y este voltaje total da
como resultado una caída de corriente a cero. Debido a que el número de arcos
es limitado, el voltaje del fusible no sería bastante alto como para causar
daños en el circuito.
La función de la arena es
absorber la energía de los arcos y asistir en el enfriamiento; cuando una
corriente alta se desconecta, la arena alrededor del arco se funde.
El elemento es usualmente plata
debido a su resistencia a la oxidación. La oxidación del elemento en servicio
afectaría a la corriente que puede transportarse sin fundirse, debido a que la
sección efectiva del elemento cambia. También se usa cobre chapado en plata.
Muchos elementos incluyen un
revestimiento m-effect, que puede ser depositado en el conductor o encintado.
El revestimiento es una aleación de tipo soldadura que tiene un punto de fusión
mucho más bajo que el elemento. Si fluye una corriente que es bastante grande
como para fundir sólo el revestimiento m-effect, la soldadura se difunde en la
plata. Crea una resistencia local más alta en el elemento y el fusible opera a
una corriente inferior de lo que haría en ausencia del revestimiento.
Otros tipos incluyen el fusible
de expulsión que se usa en alto voltaje, y el fusible modular universal (UMF)
que se usa en circuitos impresos. Los fusibles ofrecen una larga vida sin el
deterioro de sus características o rendimiento, y los fusibles de cartucho
tienen la ventaja particular de contener los productos del arco completamente.
Filosofía de
protección general en el sistema de protección
Varios medios de protección se
aplican en los sistemas de bajo voltaje. Los siguientes son grupos generales en
los que se diseñan los sistemas de protección:
1.
Prevención
de choques eléctricos.
- Contacto directo.
- Contacto indirecto.
Tratando con los choques
eléctricos debidos al contacto indirecto bajo condiciones simples de fallo, las
regulaciones permiten los dos métodos para contacto directo y desconexión de la
alimentación en un tiempo determinado de ocurrencia de fallo que es probable
cause que una corriente fluya a través del cuerpo en contacto con un conductor
expuesto.
2.
Prevención
contra efectos térmicos
- Prevención de la ignición de material inflamable debido al calor o arco.
- Prevención de quemaduras a humanos o ganado.
- Prevención de la degradación o averías del equipo.
3.
Prevención
contra sobrecorriente
La prevención de daños a los
humanos o al ganado o equipos debido a tensiones electromecánicas o térmicas.
4.
Prevención
contra corrientes de fallo
La prevención de que los
conductores u otras partes que transportan cortocircuito alcancen temperaturas
y niveles de resistencia electrodinámica superiores a su valor de diseño.
Prevención contra sobrevoltajes
Se consigue prevenir el daño a
propiedades, equipos, humanos o ganado debido a:
1. Sobrevoltajes
que causan fallos entre circuitos suministrados a diferentes voltajes.
2. Sobrevoltajes
que se elevan debido a la conmutación y acciones atmosféricas.
Tipos de fusibles
Varios fusibles existen en los
circuitos eléctricos. Nuestra primera tarea es identificar la aplicación del
fusible y tipo. Hay tres tipos generales de fusibles encontrados en circuitos
eléctricos categorizados como sigue:
Fusibles de miniatura
Estos fusibles se identifican
como tipo:
·
FF (ultra rápido).
·
F o QA o QB (de acción rápida).
·
M o MD (de acción media).
·
T o SB (de acción lenta).
·
TT (ultra lento).
Fusibles de botella
Estos fusibles se identifican
como tipo:
·
Diazed 500V Fuses, D1 (E16), D11 (E27), D111
(E33)
·
Neozed 380V Fuses, D01 (E14), D02 (E18)
·
Silazed Ultra Rapid Fuses, D11 (E27), D111 (E33)
Fusibles industriales
Estos fusibles se identifican
como tipo:
·
aR, gR or uR (Ultra Rapid)
·
gL
or gG (General Line)
·
gM
(Motor rated general Line)
·
aM
(Motor rated)
·
gF
or gTF (Transformer, Cable Protection)
·
gB (Mining Fuses)
NH fuses se usan típicamente en
aplicaciones de distribución para grandes dispositivos eléctricos como motores,
accionamientos y similar. Están disponibles en siete tamaños desde 3A a 1600ª.
NH fuses tienen cuchillas en
ambos extremos que se montan en una base de tres polos. El soporte del fusible
puede instalarse en panel o raíl DIN,
Clases de operación:
GL/GG
Ofrece protección a cada nivel.
Típicamente usado para circuitos de distribución o cargas resistivas.
AM
Ofrece protección para todos los
motores de bajo voltaje. La protección contra cortocircuitos es de acción
rápida, pero es una protección lenta contra sobrecargas.
AR
El rango parcial de protección de
semiconductores, protección contra sobrecarga y corto para dispositivos tales
como diodos, SCRs, etc.
GR
La protección de semiconductores,
sobrecarga de medio rango y protección ante cortocircuitos para dispositivos
tales como diodos, SCRs, etc.
Amperaje de la corriente del fusible
Generalmente, el amperaje de un
fusible no será menor que el amperaje a plena carga del circuito que está
protegiendo.
Las sobrecargas o sobrecorrientes
si ocurren frecuentemente degradarán el rendimiento del circuito.
Las sobrecorrientes típicamente
ocurren en circuitos de motor, cargando (energizando) equipos reactivos como:
·
Condensador.
·
Shunt Reactor.
·
Transformador, etc.
Las sobrecargas ocurren debido a
la diversidad en cargas (basado en carga máxima, carga conectada o cargas de
contingencia, cargas incrementadas, atascos en el proceso, fallos mecánicos,
etc.). Algunas sobrecorrientes o sobrecargas requieren que el circuito esté desconectado,
mientras que otros pueden ser transitorios requiriendo fusibles (en
coordinación con algunos dispositivos de protección aguas arriba o aguas
abajo).
Bibliografía:
·
The
Role of Fuse in Low Voltage Systems. Technical Articles. Electrical engineering
Portal
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