Fusible: se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un lamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.
Partes que Componen un Fusible. ásicamente los fusibles eléctricos se componen de cinco partes ! para su fabricación se utili"an varios tipos de materiales. #ada una de ellas cumple un rol espec$co ! dependiendo del tipo de fusible ! su aplicación es posible prescindir de alguna de ellas. Cuerpo Fusible: %e constru!en de materiales aislantes de la electricidad ! con un cierto grado de resistencia mecánica como por ejemplo el &idrio, el papel 'ishpaper, la (orcelana, la Esteatita, la 'ibra de &idrio, entre otros. El #uerpo cumple la función de proteger ! aislar el elemento fusible ubicado en su interior, además debe ser capa" de soportar grandes presiones térmicas ! mecánicas en el momento de operación del elemento fusible. )a cantidad de energ$a liberada en este instante, debe ser contenida en el interior del cuerpo ! luego disipada en forma de calor al exterior con el n de evitar la explosióndel fusible, riesgos al personal ! la instalación.
Terminales: %e constru!en generalmente en pie"as torneadas de cobre ! bronce, terminados con un ba*o de plata electrol$tica con una pure"a de ++.++ o también, dependiendo de la aplicación, con un ba*o de esta*o. Estos elementos cumplen la función de conectar eléctricamente el elemento fusible con el circuito a proteger ! como elementos disipadores del calor desarrollado en la operación normal del fusible, por lo tanto es mu! importante que estén bien unidos al fusible para evitar el calentamiento por efecto de resistencia de contacto. -ambién como disipadores de energ$as de sobre corriente. )a diferencia entre la plata ! el esta*o radica en la clase de óxidos que estos metales producen. )a plata se oxida cuando está expuesta al ox$geno, pero el óxido de este metal es conductor, as$ que con el óxido de plata siempre existirá un buen contacto eléctrico. (or otra parte, el óxido del esta*o forma una pel$cula delgada de óxido estánico, sobre el esta*o que está expuesto al aire ! esto origina una protección supercial sobre la pie"a. Esto es favorable en lugares donde existen muchos agentes contaminantes que pueden atacar a las pie"as metálicas, como por ejemplo en la miner$a. )a ra"ón por la cual las pie"as de cobre reciben un ba*o de plata o esta*o, es que el óxido de cobre es un mal conductor. )os contactos con óxido de cobre pueden aislar, pueden conducir o pueden depurar.
Terminales: %e constru!en generalmente en pie"as torneadas de cobre ! bronce, terminados con un ba*o de plata electrol$tica con una pure"a de ++.++ o también, dependiendo de la aplicación, con un ba*o de esta*o. Estos elementos cumplen la función de conectar eléctricamente el elemento fusible con el circuito a proteger ! como elementos disipadores del calor desarrollado en la operación normal del fusible, por lo tanto es mu! importante que estén bien unidos al fusible para evitar el calentamiento por efecto de resistencia de contacto. -ambién como disipadores de energ$as de sobre corriente. )a diferencia entre la plata ! el esta*o radica en la clase de óxidos que estos metales producen. )a plata se oxida cuando está expuesta al ox$geno, pero el óxido de este metal es conductor, as$ que con el óxido de plata siempre existirá un buen contacto eléctrico. (or otra parte, el óxido del esta*o forma una pel$cula delgada de óxido estánico, sobre el esta*o que está expuesto al aire ! esto origina una protección supercial sobre la pie"a. Esto es favorable en lugares donde existen muchos agentes contaminantes que pueden atacar a las pie"as metálicas, como por ejemplo en la miner$a. )a ra"ón por la cual las pie"as de cobre reciben un ba*o de plata o esta*o, es que el óxido de cobre es un mal conductor. )os contactos con óxido de cobre pueden aislar, pueden conducir o pueden depurar.
Elemento Fusible: Es Fusible: Es el cora"ón/ de cada fusible eléctrico, controla las caracter$sticas de capacidad de interrupción frente a las sobre intensidades, bajo condiciones de funcionamiento del fusible. )as caracter$sticas referidas al material de fabricación ! las dimensiones del elemento fusible, se basan en el comportamiento registrado con el incremento de la corriente ! el tiempo de respuesta 0#aracter$stica t123. 4n fusible puede tener uno o más elementos fusibles en su interior. 5eneralmente se fabrican con plata debido a sus grandes ventajas. -odos -odos los óxidos óxidos que produce produce este metal son conductor conductores, es, posee una gran maleabilidad lo cual facilita el trabajo para trabajar en láminas, posee una baja resistividad ! pocas pérdidas, su valor es relativamente económico, ! es abundante. -ambién se fabrican con otros metales tales como el cobre, cobre ba*ado en plata para mejorar su capacidad conductiva ! el "inc. )os elementos fusibles utili"ados son generalmente alambres ! láminas. El uso de alambres permite calibrar la corriente que circula por el fusible solamente variando su diámetro. 6ctualmente el uso de alambres está aplicado solo en contados tipos de fusibles, como los de vidrio, los de reja ! en general cuando no se requiere manejar corrientes mu! altas. En la etapa de dise*o es importante determinar el largo adecuado de los alambres fusibles, puesto que la resistencia interna es directamente proporcional a su longitud seg7n la siguiente relación8
(or lo tanto la longitud de los alambres fusibles, in9uirá directamente en los tiemposde operación. En el siguiente gráco se muestra la curva de operación de un alambre #uag 0aleación #obre ! (lata3 con diámetro de :.;< mm, primero con
una longitud de =:mm ! luego con >:: mm, sin cuerpo fusible ! sin
medio de extinción de arco. 6 diferencia de los alambres fusibles, el uso de láminas tiene la gran ventaja que es posible además de regular la corriente con la sección de la lámina, controlar la disipación de calor implementando una adecuada geometr$a en el dise*o, para evitar la operación del fusible por excesiva acumulación de calor en condiciones de sobrecarga. %eg7n los tiempos de operación que se desea lograr es posible dise*ar fusibles para distintas aplicaciones. (ara esto se utili"an distintos metales en la fabricación de los elementos fusibles puesto que cada uno posee cualidades f$sicas distintas al resto 0temperatura de fusión, resistividad, etc.3.
Tipos de láminas utilizadas en los fusibles según la geometría del diseño.
?ependiendo de la geometr$a utili"ada para el dise*o de un fusible, las láminas generalmente se trabajan con perforaciones/. 4na cantidad de perforaciones a lo largo de una lámina, da origen a lo que se conoce como las/. )os espacios de material que quedan entre dos perforaciones se denominan venas/, ! a su ve", las "onas comprendidas entre las las se llaman estriccione s/.
Estas conguraciones permiten en el momento de la sobre intensidad que en las venas se origine una alta densidad de corriente, ma!or que en las estricciones. En cortocircuitos de gran magnitud 0@ >: veces 2n3, se produce el corte en las venas en condición adiabática, con rápidos tiempos de fusión, consiguiendo limitar la intensidad. ajo condiciones de sobrecarga 0hasta = veces 2n3, el calor desarrollado en el fusible por la corriente que lo recorre, puede causar da*o a los cables conductores, los terminales ! un recalentamiento excesivo del cuerpo fusible.(or este motivo es que hace muchos a*os, los fabricantes incorporan en el dise*o de ;= los elementos fusibles una técnica que permite la operación del fusible bajo un régimen de sobrecarga, la cual aprovecha las ventajas producidas por un fenómeno conocido como Efecto A/. “Efeto !": ?icho efecto consiste en la aplicación de soldadura de un bajo punto de fusión sobre el elemento fusible, con la nalidad de cambiar completamente los efectos térmicos de la "ona recubierta con la pastilla de difusión. ?e esta manera es posible controlar la operación del elemento fusible ! mejorar las caracter$sticas de tiempo1corriente en régimen de sobrecarga.
Caraterístias El#trias de los Fusibles $ntensidad nominal %$n38 Es la cantidad de corriente eléctrica 0valor BA%3 que el fusible es capa" de conducir indenidamente sin desconectar. #omo se ha descrito anteriormente, la circulación de una corriente eléctrica por un conductor, creará una determinada cantidad de calor por efecto Joule. %in embargo, la circulación de una corriente igual o menor a la indicada como nominal en el fusible, no debe originar una cantidad de calor que provoque dentro de un tiempo determinado ! en condiciones ambientales ! de montaje favorables, la operación del fusible. Este valor debe estar especicado en el fusible, ! a cada uno de estos, se le designa un nivel de corriente por el fabricante, bajo condiciones espec$cas en las cuales fue probado. #uando se elige un valor de corriente para el fusible, ha! que considerar el tipo de carga ! un código para uso espec$co proporcionado por el fabricante. Cormalmente, para seleccionar la corriente nominal de un fusible es necesario conocer la corriente nominal que circula por el circuito, ! ésta debe corresponder al D: de la corriente nominal del fusible. En el caso de los circuitos que poseen motores, la corriente nominal de los fusibles de doble elemento se dimensiona al ><=, ! los fusibles sin retado de tiempo son dimensionados al :: de la corriente de partida de los
motores. Estos fusibles se utili"an principalmente para cortocircuitos. )a norma chilena C#hF:F=G> para fusibles de baja tensión, de capacidad de ruptura superior a H I6 ! fusión cerrada, indica la siguiente serie de valores de corriente nominal8 F1;1H1D1>:1>F1>H1F:1F=1F1;:1=:1H1D:1 >::1>F=1>H:1F::1F=:1>=1;::1=::1H:1D::1>.:::1>.F=: 6mperes. )a norma internacional 6C%2 G CEA6 '4 >1>+DH, establece los valores de corriente nominal, normali"ados seg7n la caracter$stica de Betardo de -iempo. En la tabla ;..>a se muestran las corrientes para los fusibles sin Betardo de -iempo,! en la tabla ;..>b se indican las corrientes para los fusibles con Betado de -iempo.
)a norma americana 4), reconoce un conjunto de valores de corrientes especiales para caracteri"ar a los fusibles para Aedia -ensión de alta capacidad de ruptura, denominado #lasicación B 0B1Bated3. En la siguiente tabla se muestran los valores de las corrientes nominales a una temperatura de ;: #.
$ntensidad Con&enional de Fusi'n %$f(: Es el valor determinado de la corriente que provoca la fusión del fusible en un tiempo determinado 0tiempo convencional3. $ntensidad Con&enional de no)Fusi'n %$nf(: Es el valor determinado de la corriente que puede ser soportado por el fusible sin fundir Corriente !ínima de Fusi'n%$*(8 Es el valor m$nimo de la corriente que causa la fusión e interrupción del fusible. 5eneralmente, este valor var$a en un rango de >.= a veces la corriente nominal del fusible. (ara interrumpir una corriente, no basta con que se produ"ca la fusión del elemento fusible, puesto que para corrientes inferiores a 2 es probable que el fusible derrita, pero no necesariamente interrumpe la corriente debido a que el arco se mantiene hasta que una acción externa interrumpa la corriente.
)a fusión del elemento fusible no interrumpe totalmente la corriente, al estar sometido a grandes niveles de voltaje.
Corriente rítia %$+(: ?ependiendo del dise*o del elemento fusible, el valor de la corriente cr$tica puede variar entre F: ! >:: veces la corriente nominal del fusible. %i el fusible interrumpe esta corriente, también podrá interrumpir con seguridad la gama de corrientes entre 2 e 2>. Corriente má,ima de ruptura %$-(: Esta corresponde a la ma!or corriente de falla que el fusible es capa" de interrumpir. En el momento de seleccionar un fusible, es necesario asegurarse que la corriente máxima disponible del sistema, sea igual o menor que el valor de corriente 2> del fusible.
Konas de operación de acuerdo a la magnitud de la corriente de falla olta/e 0ominal %n(: Es el máximo valor de tensión a que puede estar sometido el fusible. #ualquier otro valor de voltaje inferior al nominal especicado en la etiqueta, el fusible puede trabajar en condiciones normales de operación, por lo tanto &n debe ser igual o superior al voltaje del circuito donde se aplicará el fusible. (or ejemplo, un fusible con un &n de H:: volts puede ser usado en un circuito de FF: volts.
Este nivel de voltaje corresponde a la capacidad que tiene el fusible para extinguir rápidamente el arco de corriente después de que el elemento se ha fundido. 4n fusible nunca debe ser aplicado en un circuito donde el voltaje sea superior alnominal del fusible, debido a que su cuerpo no resistirá la diferencia de potencial ! su capacidad dieléctrica disminuirá entre los terminales hasta que se produ"ca su recalentamiento ! posterior destrucción.
Etiqueta de un fusible indica la corriente ! el voltaje nominal. )a norma nacional C#hF:F=G> 0homologación de la norma 2E# FH+1>3, establece los valores normales de tensiones nominales en corriente alterna para fusibles en la siguiente tabla.
(ara corriente continua, los valores preferidos para las tensiones nominales son los siguientes8 >>:1>F=1FF:1F=:1;;:1;H:1=::1H::1<=: &. El voltaje del dispositivo fusible puede tener un valor diferente de la tensión nominal del conjunto portafusible. En este caso, la tensión nominal del dispositivo fusible debe ser de valor igual o inferior al voltaje nominal del portafusible. -ambién, la norma americana 6C%2 G CEA6 normali"a los siguientes valores de voltaje en corriente alterna para fusibles, seg7n su caracter$stica de Betardo de -iempo.
)a ma!or$a de los fabricantes de fusibles para media tensión, utili"an unos rangos de voltajes para clasicar a los fusibles, por ejemplo8 #lase G <,F I& L H G >F I& L >: G ><,= I& L >: G F; I& L F: G H I&. Capaidad de 1uptura: Es la máxima corriente de cortocircuito que el fusible es capa" de interrumpir a tensión nominal sin que en él se produ"can da*os f$sicos. El valor de corriente de interrupción 0(oder de #orte3 es la máxima corriente de cortocircuito disponible que circula por un dispositivo de protección contra sobre intensidades ! que puede interrumpir sin da*o. )a operación segura requiere que el fusible siga estando intacto 0sin explosión3 ! que no emita llama o soldadura fundida, que podr$an ser un riesgo de incendios. Este valor es asignado por el fabricante ! es mu! importante para los dispositivos protectores de cortocircuitos. 4na de las cualidades que distinguen a los fusibles de otros dispositivos de protección, es su alta capacidad de ruptura contenida en un peque*o volumen. En la etapa del dise*o ! fabricación de los cuerpos fusibles, deben tenerse en cuenta numerosas caracter$sticas de calidad para que estos puedan garanti"ar el valor de la capacidad de ruptura que se les ha asignado. )as láminas fusibles también in9u!en en la capacidad de ruptura en cuanto a la geometr$a ! la ubicación dentro del cuerpo, ! además de la pure"a qu$mica, el tama*o, la forma de los granos ! la densidad de la s$lice utili"ada como medio de extinción del arco.
#orte transversal de un fusible quemado con F::: 6. El uso de un medio de extinción del arco inapropiado, reducirá la capacidad de ruptura del fusible. Temperatura ambiente: Esta caracter$stica se reere a la temperatura del aire que rodea inmediatamente al fusible 0seg7n la C#hF:F=G>, aproximadamente a > metro de distancia3 ! no debe confundirse con la temperatura del medio ambiente. )a temperatura ambiente del fusible es considerablemente alta en algunos casos, debido a que puede estar montado en el interior de un panel de protecciones, o cerca de un componente que disipe mucho calor como resistencias, transformadores, etc. )a temperatura del ambiente tiene incidencia en los tiempos de fusión del fusible ! se debe tomar en cuenta sobre los ;: # ! bajo los >: #, aunque la norma chilena C#hF:F=G>, indica que la temperatura promedio en un per$odo de F; horas no debe ser superior a = #, ! el valor m$nimo del aire ambiente debe ser L= #. 1edui'n de la apaidad nominal %2E13T$04(: (ara una temperatura ambiente de F=#, se recomienda que los fusibles deben trabajar a no más del <= de su corriente nominal establecida usando las condiciones controladas de prueba. En algunos casos es necesario efectuar algunas modicaciones para evitar las variaciones de la capacidad nominal, por ejemplo el uso de porta fusibles cerrados, grandes resistencias de contacto, circulación de aire ! cambios en el diámetro ! el largo de los cables conectores. $nformai'n general de fusibles suministrada por el fabriante. )a información técnica relacionada con un fusible, proporcionada por el fabricante, debe ser lo más clara ! completa posible para facilitar una correcta comunicación con el usuario. ?e esta información dependerá el uso correcto de dichos elementos de protección, ! de no ser exacta
puede ocasionar gastos innecesarios ! da*os a componentes ! equipos del circuito eléctrico. Esta información está referida a los puntos mencionados a continuación. >. #orriente Cominal 02n3. F. &oltaje Cominal 0&n3. . #apacidad de Buptura 02rup.3 ;. -ipo de corriente 06# o ?#3 =. 'recuencia. H. #lase. <. -ipo de 'usión. D. Cormas. +. #urvas de operación. Cur&a araterístia de orriente en funi'n del tiempo. 4na curva caracter$stica de tiempo1corriente para un fusible espec$co, generalmente se muestra como una l$nea continua que representa el tiempo en segundos, que tarda el fusible en interrumpir una determinada sobrecorriente. Estas curvas son representadas en papel logar$tmico para facilitar su lectura. )os valores de la corriente se indican el eje de las abcisas 0x3, incrementándose de i"quierda a derecha, ! en la ordenada 0!3 se muestra el tiempo de operación que generalmente comien"a en >: mili segundos 0>GF ciclo a =: M"3, aumentando su valor desde abajo hacia arriba. Existen dos tipos de curvas que indican la caracter$stica tiempo1corriente, donde el factor com7n en ambas es la corriente. )a primera ! la más com7n es la curva de (re1arco 0melting3, donde el eje !/ indica el tiempo que el fusible tarda en alcan"ar la temperatura de fusión del elemento fusible. )a segunda curva corresponde al tiempo total de despeje del fusible 0total clearing3. )os tiempos indicados por esta curva, comprenden el tiempo de pre1arco ! el de arco, es decir, el tiempo total que tarda el fusible en interrumpir la sobrecorriente. (ara interpretar una curva de operación de un fusible, se puede empe"ar la lectura por medio el eje de corriente para conocer el tiempo de operación, o a partir del eje de tiempo para determinar la cantidad de corriente en amperes, ! solamente ha! que interceptar la
curva del amperaje nominal del fusible en cuestión para luego dirigirse hacia el eje de la variable a conocer. En la gura ;.;.> se muestra una familia de curvas de operación para distintos amperajes. %i se desea conocer el tiempo que tarda en operar un fusible de : 6, para una corriente de >=: 6 0punto 63, ha! que interceptar la curva 0punto 3 para obtener el tiempo en el eje ordenado 0punto #3, el cual corresponde a >: segundos. 6hora si se requiere conocer la corriente de operación para un tiempo de :.> segundos 0punto ?3, ha! que interceptar la curva 0punto E3 ! luego obtener la lectura en el eje de las abcisas, el cual indica una corriente de aproximadamente :: 6.
Corriente Presunta en Funi'n de la Corriente de Corte: )os fusibles limitadores tienen la capacidad de interrumpir severas corrientes de cortocircuitos dentro del primer semiciclo después de ocurrida la falla, reduciendo considerablemente la corriente de falla disponible a un valor mucho menor. Este efecto de limitación de corriente es gracado en las curvas de limitación. En el eje de las abcisas se representa la corriente de falla disponible simétrica B.A.%. en amperes, ! en el eje ordenado se representa el peaI de corriente instantáneo disponible ! el peaI de la corriente limitada por una cierta cantidad de fusibles ordenados por su corriente nominal. ?el gráco es posible deducir que el peaI de corriente instantáneo es
aproximadamente F. veces la corriente de falla disponible, ! seg7n la información suministrada por los fabricantes, la relación F.8> se da para circuitos que generan corrientes de cortocircuitos con un factor de potencia del >=, es decir en una condición desfavorable para el despeje de una falla.
(ara comprender mejor las curvas de limitación, se tomará el siguiente ejemplo8 En un determinado circuito eléctrico, dispone de una corriente de falla de :.:::6mp. simétricos. 6demás, el sistema se encuentra protegido por un fusible limitador de >:: 6mp. #on éstos datos es posible determinar a qué valor de corriente es limitado el peaI de corriente instantáneo seg7n la gura %eg7n el procedimiento indicado anteriormente, el primer paso es ubicar la corriente disponible de :.::: amperes en el eje de las abcisas. (rolongando una l$nea imaginaria hasta interceptar la recta principal 61, para luego efectuar una lectura en dirección del eje ordenado, se determina el peaI de corriente instantáneo, el cual alcan"a aproximadamente una corriente de D:.::: amperes. Maciendo el mismo procedimiento anterior, pero ahora interceptando la curva de limitación del fusible de >:: amperes, el eje ordenado indicará la corriente que el fusible es capa" de limitar seg7n las condiciones del circuito, ! ésta alcan"a el valor aproximado de D.::: amperes. 2nterpretando los valores obtenidos de la curva de limitación, se puede decir que el fusible de >:: amperes reduce peaI de corriente instantáneo durante la falla desde D:.::: amperes hasta D.:::
amperes. ?icho valor de corriente de limitación es menor que la mitad del peaI de corriente instantáneo, ! como la fuer"a electromagnética creada por el 9ujo de la corriente de falla es en función del peaI de corriente al cuadrado, el fusible limitador reduce estos esfuer"os electromagnéticos a menos de N del total que podr$a suceder en la ausencia del fusible. Correi'n por Temperatura 3mbiente: )a temperatura ambiente referida en este análisis, es la temperatura del medio que rodea ! que normalmente está en contacto con el fusible. Este medio generalmente es el aire. )as pruebas efectuadas en los fusibles, generalmente se reali"an en un medio ambiente con temperatura de F= #. %in embargo, estos dispositivos de protección se ven afectados por la temperatura del medio que los rodea, cambiando su comportamiento de tiempo de operación frente a una determinada corriente. En algunos casos, la temperatura ambiente suele ser mu! extrema, como en el caso de fusibles montados en gabinetes cerrados o cerca de componentes que producen mucho calor, como resistores o transformadores. 5rácos como el de la gura permiten determinar el porcentaje de la corriente nominal de un fusible producto de la variación en la temperatura ambiente. (or ejemplo, un fusible lento de >: 6mp. Oue trabaja en una temperatura ambiente de =: #, se comporta como uno de + 6mp
5ráco del efecto de la temperatura ambiente sobre la capacidad de transporte de corriente de un fusible rápido ! lento
Correi'n por Carga pre&ia o Carga $niial: 6l igual que otros dispositivos de protección, como relés e interruptores automáticos, la operación de un fusible dependerá además de la cantidad de corriente que lo está circulando en el momento de la falla, es decir, si el dispositivo está conduciendo una corriente inferior, igual o superior a la nominal especicada en su etiqueta. )a curva de operación para un fusible, se verá despla"ada dependiendo del porcentaje de la corriente nominal. 4n fusible de >:: 6 trabaja permanentemente con corriente de carga de igual magnitud, seg7n el gráco de la gura Plos tiempos de operación se reducirán en un D:.
#urvas de corrección por carga previa Correi'n por 3ltitud: )as normas 2E# FH+1>, % DD parte > ! C#h F:F= para fusibles de baja tensión, establecen que la altitud máxima de utili"ación es de F::: metros sobre el nivel del mar. )a norma 6C%2 G CEA6 publicación '4 >, establece una altitud máxima de utili"ación de :: metros. )a norma 2E# publicación F+F1> para fusibles de alta tensión, indica que la altitud máxima de operación es >::: metros. %i las caracter$sticas dieléctricas del fusible no var$an sobre los >::: metros, el nivel de corriente ! el aumento de la temperatura pueden ser corregidas para altitudes ma!ores. (ara ello, es necesario aplicar los factores de corrección indicados en la tabla siguiente.
(ara explicar el factor de corrección para la corriente nominal de un fusible de alta tensión, se supondrá el siguiente ejemplo8 %e dispone de un fusible ?E)-6 modelo 2BQ&1>F G >: - F;, para ser montado en una "ona con una altitud de .::: metros sobre el nivel del mar. 4n fusible de >: amperes, curva lenta, opera con = veces 2n 0=: 6mp.3 en un tiempo de >: segundos. 6plicando el factor de corrección para = x 2n, a una altitud de .::: metros, se obtiene una corriente de ;D amperes, es decir, el fusible se comporta como uno de menor amperaje ! por lo tanto su tiempo de real de operación se hace más corto. Clases de fusi'n en los fusibles: El tipo de fusión es otra caracter$stica importante a considerar en la elección de un fusible ! dependerá de los tipos de cargas conectadas al circuito que se desea proteger, !a sean reactivas 0motores, transformadores, condensadores3, resistivas o circuitos electrónicos 0semiconductores3. )as normas internacionales referentes a fusibles, americanas 06C%2 G 4)3 ! europeas 0%DD, 2E#3, han creado sus propios estándares para clasicar a los fusibles seg7n su aplicación, designaciones f$sicas ! parámetros eléctricos.
6 los fusibles Bápidos, com7nmente en se les designa con las expresiones 'linI, Rne -ime, OuicI16cting, class M, etc.3. )os fusibles 4ltra Bápidos se les designa como %uper 'linI, Migh %peed, &er! 'ast 6cting, %emiconductor, '', clase %, etc.3. )os fusibles )entos se pueden encontrar designados como -rSge, -ime ?ela!, %loT loT, -ime1)ag,
clase --, clase -, etc. )a norma 2E# 0 2nternational Electrotechnical #ommission3 creó un código para distinguir a los fusibles formado por solamente dos letras, siendo min7scula la primera ! ma!7scula la restante. ?icho código se encuentra en la publicación 2E#1FH+1> #láusula =.<. )a (rimera letra dene el régimen operativo del fusible, !a sea sobrecarga, cortocircuito o ambos. g U 2ndica que el fusible interrumpe toda clase de corrientes 0sobrecargas ! cortocircuitos3. a U 2ndica que el fusible es capa" de interrumpir solo corrientes de cortocircuitos. )a segunda letra dene la categor$a de utili"ación del fusible, o el equipo a proteger. 5 U 2ndica que el fusible protege l$neas ! aparatos en general. ) U 2ndica que el fusible protege l$neas ! aparatos en general 0norma ?2C, &?E3. A U 2ndica que el fusible protege Aotores. -r U 2ndica que protege -ransformadores. # U 2ndica que protege a condensadores ! circuitos capacitivos. B U (rotege semiconductores de potencia, recticadores ! circuitos electrónicos. U 2ndica que es aplicable en la miner$a. (or ejemplo8 g5 U 'usible con capacidad para interrumpir todas las corrientes en uso general. g) U 'usible para uso general. %e utili"an en la protección de l$neas, estando dise*ada su curva de fusión para una respuesta lenta en las sobrecargas, ! rápida frente a los cortocircuitos. gA U 'usible con capacidad para interrumpir todas las corrientes para uso en motores.
g-r U (rotegen a los transformadores contra sobrecargas ! cortocircuitos, sin limitar su capacidad de carga, además soportan las corrientes t$picas de los sistemas de distribución. g# U (rotegen a condensadores contra sobrecargas ! cortocircuitos. g U 'usible especialmente desarrollado para su utili"ación en minas donde los cables son mu! largos. 6ct7a en un corto tiempo, evitando as$ el calentamiento excesivo del cable. aA U 'usible con capacidad para interrumpir parte de las corrientes ! uso en motores. (rotegen contra altas sobre intensidades hasta su poder de corte nominal, ! deben asociarse a dispositivos de protección térmica contra peque*as sobre intensidades. aB U 'usible que protege a semiconductores contra corrientes mu! intensas como cortocircuitos. gB U 'usible que protege a semiconductores contra sobrecargas ! cortocircuitos.
5ráco comparativo curvas de operación fusible g) ! aA. •
)a norma 2E#1>F<1F, clasica a los fusibles de vidrio seg7n la siguiente manera8 'usibles 0= mm V F: mm3 de 6cción Bápida 0OuicI1acting3 de 6lta #apacidad de ruptura.
•
•
•
'usibles 0= mm V F: mm3 de 6cción Bápida 0OuicI1acting3 de aja #apacidad de ruptura.
'usibles 0= mm V F: mm3 de 6cción )enta con retardo de tiempo 0-ime1)ag3 de aja #apacidad de ruptura.
'usibles 0H. mm V F mm3 de 6cción Bápida 0OuicI1acting3 de aja #apacidad de ruptura.
)a norma 2E#1FH+1F, clasica a los fusibles g) ! g)) tipo industrial en la -abla ;.=e, ! los tipo aA en la -abla ;.=f. )$mites de "ona -iempo 0segundos3 G #orriente 06mperes3 para fusibles uso general g2 ! g)).
En general, los fusibles de acción lenta deben soportar = veces su corriente nominal durante un per$odo de tiempo de >: segundos, ! debido a esto se utili"an para proteger ! respaldar instalaciones que están protegidas por dispositivos automáticos ! para motores. )os
fusibles utili"ados en control operan sobre los >F seg. con F veces su corriente nominal. Fusibles de 2oble Elemento: Estos fusibles con retardo de tiempo proporcionan un retraso del tiempo en niveles de sobrecargas los cuales eliminan la interrupción innecesaria del circuito debido a las sobrecargas inofensivas ! a las condiciones transitorias. Esta beneciosa caracter$stica de tiempo corriente, se obtiene con el uso de dos elementos fusibles conectados en serie, contenidos dentro de un mismo cuerpo, un elemento de corte por efecto térmico ! otro elemento fusible rodeado con material de extinción de arco. )a magnitud de sobre intensidad de corriente determina cuál elemento debe operar. El elemento de corte térmico es designado para abrir con sobrecorrientes aproximadamente superiores al =:: de la corriente nominal del fusible con un tiempo m$nimo de >: seg. El elemento fusible para cortocircuitos es designado para abrir con fuertes corrientes de cortocircuito para intensidades mucho ma!or que su corriente nominal. El tiempo de apertura de un fusible depende del tipo de fusión ! de la magnitud de sobre intensidad de corriente. 4na condición de sobre corriente puede ser de naturale"a temporal, ! ésta puede disminuir su valor hasta condiciones normales en un corto per$odo. )os fusibles de doble elemento con retardo de tiempo son mu! utili"ados en variadas aplicaciones, circuitos de motores, transformadores ! otros. )os fusibles limitadores sin retardo de tiempo son usados donde existen respuestas rápidas con peque*as o sin sobrecargas. 4na t$pica aplicación es para proteger interruptores de poder de posibles niveles grandes de cortocircuitos. 6l comparar estos fusibles a =:: amperes, se puede deducir que el de doble elemento abre en >: segundos ! el que no tiene retardo de tiempo lo hace en :.F segundos. (ara este nivel de corriente la relación es de =: a >. (ara una corriente de F:: amperes la relación es de F: a >
)os fusibles Bápidos operan con F:: la corriente nominal entre > a = segundos, ! aproximadamente F: mili segundos con >: veces 2n, ! los ultrarrápidos deben actuar con = veces su corriente nominal en un tiempo de >: mili segundos 0>GF ciclo para frecuencia de =: M"3. Esta cualidad limitadora los hace mu! utili"ados para proteger circuitos que inclu!en semiconductores. Fusible 5imitador: Es un dispositivo de operación rápida, que no act7a con bajas corrientes. El fusible limitador solo act7a para proteger contra altas corrientes. )os modernos fusibles limitadores ofrecen protección contra corrientes de fallas antes de que éstas alcancen una magnitud que puedan ocasionar da*os. Este fusible se utili"a com7nmente junto con otro dispositivo fusible para proteger en sobrecargas, las fallas de alto nivel de corriente son despejadas por el fusible limitador. )os dos fusibles son conectados en serie ! están coordinados de manera que el fusible limitador de corriente solo act7a cuando existe falla de alta corriente. )os fusibles limitadores también pueden restringir la corriente de cortocircuito antes de que se alcance el peacI de corriente máximo, ! puede despejar el circuito en la mitad de un ciclo o menos. El grado de corriente de limitación depende del tipo de fusible, de la corriente nominal del fusible, de la corriente disponible del circuito ! de la impedancia de la red. )imitar el valor máximo de la corriente de falla, no solo es importante para la capacidad de ruptura del fusible, sino también para la rentabilidad de la instalación. )os fusibles limitadores generalmente se constru!en con varias láminas fusibles en paralelo, las cuales tienen varias estricciones. El corte simultáneo de todas las las dispuestas en la lámina fusible en el momento de la falla, debilita la formación del arco debido a que se subdivide en una serie de peque*os arcos parciales conectados eléctricamente en serie ! paralelo, ! con la acción del medio de extinción se asegura la desconexión rápida con una fuerte limitación de la corriente. En el gráco de la gura se puede observar la diferencia en los tiempos de operación de un fusible de acción rápida ! otro con retardo de tiempo, ambos de : 6mp., comparando sus respectivas curvas.
3nálisis Comparati&o de Fusibles 6 otros 2ispositi&os de Proteiones El#trias: #omo se mencionó en el cap$tulo 2 del presente estudio, el fusible ha estado protegiendo las instalaciones eléctricas desde hace más de >F: a*os. ?urante todo este per$odo de tiempo, la tecnolog$a de las protecciones eléctricas ha creado muchos dispositivos cada ve" más cómodos de utili"ar, inteligentes ! seguros en su accionamiento. %eg7n esto, queda una gran interrogante que responder, W(or qué hasta la actualidad, la fabricación de los fusibles eléctricos contin7a teniendo una gran demandaX (ara contestar esta pregunta, primero se anali"arán las virtudes que poseen los fusibles eléctricos en comparación con otros dispositivos electromecánicos o electromagnéticos de protección, algunas de las cuales se detallan a continuación. >.1 )os fusibles no poseen partes móviles. )as contaminaciones por el medio que rodea a los fusibles, como el polvo, la humedad, aceites ! gases, no in9u!en en sus caracter$sticas operativas ni afectan su calidad de protección. )os dispositivos de protecciones que poseen mecanismos internos de conexión se ven afectados por estos agentes, repercutiendo en su calidad de operación.
F.1 )a velocidad de respuesta de un fusible jo no está afectada por el paso del tiempo, manteniendo su habilidad de protección cuando se lo requiere. )as partes que componen estos mecanismos se van desgastando con el tiempo, producto de su respuesta ante corrientes de falla, o bien por el uso como interruptor para determinadas maniobras. )os fabricantes de éstos dispositivos estipulan un n7mero máximo de maniobras de acuerdo a la durabilidad eléctrica o mecánica del aparato. .1 El fusible no requiere de mantenciones periódicas ni recalibraciones, como las necesita un aparato electromecánico de protección.
;.1 )a capacidad de limitación de corriente de un fusible jo minimi"a los da*os de los componentes asociados al sistema protegido. )os efectos térmicos ! electrodinámicos que producen las grandes sobre
intensidades, quedan limitadas a un bajo valor debido a la rápida acción del fusible 0(unto F3, minimi"ando as$ los da*os en aislaciones ! esfuer"os electrodinámicos en cables conductores, barras, aisladores ! otros equipos. #abe destacar que el elevado poder de ruptura de los fusibles está asociado a un volumen relativamente modesto del cuerpo ! por consiguiente una ma!or econom$a.
=.1 )as curvas de operación de los fusibles pueden ser fácilmente coordinadas de tal manera que una falla no provoque la interrupción de otros circuitos del mismo sistema. H.1 )a alta capacidad de interrupción de los fusibles jos de hasta ::.::: amperes, no tiene equivalencia en los fusibles automáticos. <.1 En caso de una falla los fusibles jos se cambian, por tanto el sistema tendrá nuevamente su protección intacta ! exacta, en cambio con fusibles automáticos podr$a estar resentido ! no ser óptimo. D.1 El bajo costo de la inversión inicial de un fusible desechable comparado con un automático, lo hace lejos una mejor opción a pesar que la comodidad de este 7ltimo lo hace mu! atractivo en ciertas aplicaciones. 4na de las diferencias más notables entre fusibles ! dispositivos automáticos radica en sus curvas de operación en cuanto a la dispersión ! la forma. )os fabricantes de fusibles, entregan curvas de valor medio de la "ona, pero también curvas de m$nimo ! máximo.
6 diferencia de los interruptores tripolares, la actuación de los fusibles en una l$nea trifásica supone un problema, !a que con la fusión de uno de ellos se deja a la l$nea a dos fases, con los inconvenientes que ello conlleva. (ese a esto, los avances tecnológicos en el área de las protecciones, han permitido la implementación de modernos seccionadores trifásicos, los cuales permiten que frente a la operación de un fusible se interrumpan el resto de las l$neas no falladas, evitando de esta manera que se produ"can desequilibrios en el sistema.
Es importante destacar que la norma 2E# FDF1> para fusibles de alto voltaje, en la %ección < #láusula F.F, recomienda que en una falla se deben reempla"ar los fusibles, a7n cuando exista uno de ellos sin operar, a menos que se cono"ca denitivamente que la sobrecorriente no ha!a circulado por éste. )os fusibles son elementos de reempla"o, en el caso de su operación se desechan ! se substitu!en por otros de iguales caracter$sticas. Ouedan excluidos de esta caracter$stica los fusibles renovables, los cuales pueden ser reutili"ados solamente cambiando el elemento fusible alojado en el interior del cuerpo. El proceso de reempla"o de fusibles quemados, por parte del personal encargado, debe ser lo bastante rápido para reducir las pérdidas de tiempo en una determinada faena productiva, por lo tanto la intervención en los fusibles debe ser de fácil acceso. )amentablemente, la falta de conocimiento técnico en las personas en lo que respecta al reempla"o de fusibles, puede causar muchos riesgos para el personal, aparatos, equipos ! las instalaciones debido a la facilidad en la intervención de los fusibles ! para evitar la acción de reposición. En la actualidad se previene el intercambio de fusibles de distinto accionamiento con la incorporación de caracter$sticas de recha"o como
ranuras, gorros u otros, que necesitan de un portafusible especial. Estos fusibles se conocen como clase B. 6 continuación se muestra claramente el uso ! selección indebida de fusibles, demostrando que la aplicación de estos elementos de protección suele ser considerada sin darle la debida importancia. )as 'iguras ;.H.f ! ;.Hg, describen una aver$a externa en la fase de la i"quierda, debido a una mala conexión en el montaje de los cables. El calor desarrollado por esta alta resistencia en el extremo del fusible, podr$a provocar su operación innecesaria.
4n fusible sin retardo de tiempo 0non1time dela!3 trabajando constantemente en condiciones de sobrecarga, puede estar disipando altas temperaturas por mucho tiempo sin que éste opere. El calor extremo irradiado hacia el medio tal como se muestra en las guras provoca da*os en la aislación de los cables ! en los equipos cercanos.
Coordinai'n 7eleti&a: 5eneralmente en los sistemas eléctricos, entre la fuente que proporciona la energ$a ! el lugar de la instalación donde ocurre un defecto, suele haber varios aparatos de protección contra cortocircuitos. #on la nalidad de desconectar la "ona afectada por una falla eléctrica, es necesario que los fusibles reaccionen rápidamente, seleccionando la "ona ! separándola del resto del sistema en el menor tiempo posible de manera que la perturbación no afecte al resto de la red. (ara esto debe desconectar primero el fusible más cercano al lugar de defecto, ! si por alg7n motivo este fusible no opera correctamente, debe actuar el siguiente que esté ubicado aguas arriba, ! as$ sucesivamente. )a coordinación entre fusibles se determina grácamente mediante la comparación de sus respectivas curvas caracter$sticas de operación. (ara ello, las curvas deben estar gracadas a la misma escala para facilitar su lectura ! no deben cortarse ni ser tangentes. En general, para tener un buen grado de selectividad, debe existir una relación F8> entre las corrientes nominales de los fusibles que se desea coordinar. En el caso de sobrecargas ! peque*as intensidades de cortocircuito esta observación es más evidente que en los casos de intensidades mu! grandes de cortocircuito, debido a que los tiempos de fusión son extremadamente cortos ! solamente para esta condición es posible la selectividad en fusibles con una notable diferencia de valor nominal de la intensidad, tal como se muestra en la gura, donde existe una separación de aproximadamente >:: segundos entre las curvas de los fusibles para una corriente de falla de >::: 6.
%in embargo para coordinar fusibles bajo condiciones adiabáticas es necesario hacer un análisis de las energ$as térmicas disipadas de pre1 arco 0Aelting3 ! de despeje total 0-otal #learing3. (ara garanti"ar completamente una buena coordinación entre fusibles bajo condiciones de cortocircuito, debe cumplirse que la energ$a disipada de pre1arco sumada a la energ$a de arco del fusible ubicado aguas abajo, debe ser menor que la energ$a disipada de pre1arco del fusible ubicado aguas arriba.
Tipos de fusibles Fusible lase 4: %on fusibles limitadores de corriente con capacidades de interrupción de >:Q61BA% 0valor eca"3 siméctricos. %u máxima de tensión de operación es de ::&16#. #on intensidades nominales hasta los H:6. %on no recambiables, para ser jados en portafusibles. Fusible lase 8: %on fusibles recambiables o no recambiables con capacidades de interrupción de >:Q61BA% siméctricos. %u voltaje nominal de operación va desde los F=: a H::&16#, con intensidades nominales hasta los H::6. Este tipo no es limitador de corriente. Fusible lase 9: %on fusibles no recambiables, con capacidades de interrupción de F::Q61BA%, para niveles de tensión de H::&16# e intensidades nominales hasta los H::6. Estos pueden operar con retardado de tiempo ! etiquetados como limitadores de corriente. %u dise*o viene para ser atornillados barras colectoras, o para ser jados en portafusibles. Fusible lase : %on fusibles limitadores de corriente no recambiables, con capacidades de interrupción de >:: ! F::Q6 simétricos. #on tensión de H::&16# e intensidades nominales hasta los H::6. %iendo etiquetados cuando tengan retardo de tiempo. Estos se han subclasicados seg7n la máxima corriente de pico que pueden manejar, estos son8 Q>, Q= ! Q+. ?onde los de la clase Q> proporcionan una ma!or limitación de intensidad que los de clase Q= ! Q+ Fusible lase 5: %on fusibles limitadores de corriente, para niveles de tensión de H::&16#. %u intensidad nominal va desde los H:> hasta los H:::6. Están dise*ados con capacidades de interrupción de >:: a F::I61BA% simétricos. Estos son fabricados para ser atornillados en barras colectoras, no pudiéndose utili"ar con portafusibles. Fusible lase 1: %on fusibles no recambiables limitadores de corriente, pueden operar con retardo de tiempo. %u tensión nominal de operación va desde los F=: a H::&16#. #on intensidades nominales hasta los H::6. Fusible lase CC: %on fusibles no recambiables de baja potencia, para intensidades nominales de >G>: a : 6. a tensiones nominales de H::&1 6#. %u poder de corte es de F::Q6. %on peque*os, ! están dise*ados para jarse en portafusibles.
7egún su diseño Fusibles tipo tap'n8 Estos tipos de fusibles viene con una base roscada, con una rosca estándar E1;: 0 rosca edison3. Estos fusibles son desechables, al fundirse ha! que reempla"arlo por otro. &ienen en calibres de >=, F:, F= ! : amperios. Estos se utili"an regularmente para proteger cargas peque*as, con voltajes que no sobrepasen los >: &16#. Existen tres tipos8 los ordinarios, los de acción retardada ! tipo %
0antifraude3.
Fusibles tipo artu;o de asquillo % ilíndrio(: &ienen con un tubo de bra vulcani"ado, en su interior se aloja la lámina de fusible 0 de plata ! algunas alecciones3. )os terminales del fusible se conectan a presión a los casquillos al cerrarse. Existen algunos de estos que vienen rellenos con una sustancia pulverulenta 0arena de s$lice3, para extinguir el arco eléctrico. %u capacidad de corriente son de8 , =, >:, >=, F:, F=, :, =, ;:, ;=, =: ! H: amperes.
Fusibles tipo artu;o de na&a/a8 Estos fusibles son similares a los de cartucho de casquillo, la diferencia está en las navajas o cuchillas que se le agregan a los extremos para aumentar la capacidad de corriente, usándose ampliamente a nivel industrial ! comercial.
