Introducción a los fusibles en los sistemas de bajo voltaje

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

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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