FUSIBLES ELÉCTRICOS En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento 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 Ef 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 otro otros elementos. DATOS GENERALES
SIMBOLO: El fusible eléctrico, denominado inicialmente como aparato de energía y de protección contra sobrecarga de corriente eléctrica por fusión, es el dispositivos más antiguo de protección contra posibles fallos en circuitos eléctricos, apareciendo las primeras citas bibliográficas en el año 1774, momento en el que se le empleaba para proteger a condensadores de daños frente a corrientes de descarga de valor excesivo. Durante la década de 1880 80 es cuando se reconoce su potencial como dispositivo protector de los sistemas eléctricos, que estaban recién comenzando a difundirse. Desde ese momento, hasta la actualidad, los numerosos desarrollos y la aparición de nuevos diseños de fusibles han avanzado avanzado al paso de la tecnología, y es que, a pesar de su aparente simplicidad, este dispositivo posee en la actualidad un muy elevado nivel INSTRUCTOR: NSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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tecnológico, tanto en lo que se refiere a los materiales usados como a las metodologías de fabricación. El fusible coexiste con otros dispositivos protectores, dentro de un marco de cambios tecnológicos muy acelerados que lo hacen aparecer como pasado de moda u obsoleto, lo que no es así. Este concepto se entiende con mayor facilidad cuando se describe el campo de aplicación actual, cuyos parámetros nominales poseen rangos muy amplios. Las tensiones de trabajo van desde unos pocos voltios hasta 132 kV; las corrientes nominales, desde unos pocos mA hasta 6 kA y las capacidades de ruptura alcanzan en algunos casos los 200 kA. La producción anual de fusibles supera los 30 millones de unidades. Una industria de tamaño medio puede tener instalados algunos centenares de fusibles y en un automóvil moderno pueden encontrarse en uso entre 40 y 60 fusibles. La mayoría de los equipos electrónicos poseen al menos un fusible. Sus tamaños pueden ser tan pequeños como la cabeza de un fósforo de madera, y en el otro extremo, o sea para aplicaciones de alta tensión y con alta potencia de corto circuito, se encuentran fusibles cuyo peso ronda los 20 kilogramos. Las estadísticas de producción a nivel mundial indican el crecimiento constante del mercado. Para algunos tipos de fusibles el crecimiento es muy elevado, como es el caso de los dispositivos para circuitos electrónicos de baja potencia y los elementos para uso en automóviles. En cambio, para los fusibles tradicionales (baja y media tensión, y alta capacidad de ruptura) se estima un crecimiento con menor velocidad, del orden del crecimiento de los sistemas eléctricos, que ronda el 3% anual. El principio de funcionamiento del fusible es muy simple: se basa en intercalar un elemento más débil en el circuito, de manera tal que cuando la corriente alcance niveles que podrían dañar a los componentes del mismo, el fusible se funda e interrumpa la circulación de la corriente. Que el elemento fusible o eslabón débil del circuito alcance la fusión no implica necesariamente que se interrumpa la corriente, siendo esta diferencia la clave para entender la tecnología involucrada en el aparentemente simple fusible. A lo largo de los años han ido apareciendo fusibles para aplicaciones específicas, tales como proteger líneas, motores, transformadores de potencia, transformadores de tensión, condensadores, semiconductores de potencia, conductores aislados (cables), componentes electrónicos, circuitos impresos, circuitos integrados, etc. Estos tipos tan diversos de fusibes poseen características de selección muy distintas, lo que hace compleja su correcta selección. Este rango tan amplio requiere que el usuario de fusibles posea un importante nivel de conocimientos, que no es fácil de adquirir por la falta de material informativo de fácil acceso. Hay que considerar otro factor importante, que es la existencia de fusibles respondiendo a normalizaciones de diversos países. Cuando se habla de los sistemas de distribución de energía eléctrica, se emplean en nuestro medio fusibles de alta potencia respondiendo INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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fundamentalmente a normas europeas, pero para la distribución de media tensión y baja potencia, se emplean elementos afines a la normalización norteamericana. La normalización europea, en la actualidad prácticamente se ha unificado en las normas IEC (International Electrotechnical Comission), pero en nuestro medio todavía hay infinidad de dispositivos instalados cuyo origen proviene de tiempos anteriores a la unificación. La situación se empeora mucho cuando se hace referencia a los fusibles instalados en equipos, ya sean industriales, electrodomésticos o electrónicos, pues los dispositivos responden a las normas del país de origen del equipamiento. El abanico de posibilidades de fusibles para equipos de baja tensión es prácticamente ilimitado, pudiendo afirmarse que cada país del mundo está representado con algún fusible. Frente a esta situación, la reposición del fusible es muy difícil de lograr, por lo que debe recurrirse al reemplazo por el dispositivo de características tan parecidas como sea posible, lo que nuevamente requiere de un buen nivel de conocimientos por parte del usuario. DEFINICIONES Características nominales: Términos generales para designar cada una de las magnitudes características que definen en conjunto las condiciones de funcionamiento para las que ha sido diseñado el dispositivo y a partir de las cuales se determinan las condiciones de ensayo. Corriente presunta de un circuito: Corriente que fluiría en un circuito si el cortacircuito fuera reemplazado por una lámina de impedancia despreciable, sin ningún otro camino ni en el circuito ni en la fuente. Corriente presunta de ruptura: La corriente presunta correspondiente al instante de iniciación del arco durante la operación de ruptura. Capacidad de ruptura: Corriente presunta de ruptura que un fusible es capaz de interrumpir en las condiciones prescriptas. Corriente de ruptura límite: El valor máximo instantáneo alcanzado por la corriente durante la operación de ruptura del fusible, cuando opera en forma de evitar que la corriente alcance el valor máximo al que llegaría en ausencia del cortacircuito. Tiempo de pre-arco: Lapso entre el comienzo de la circulación de una corriente suficiente como para fundir a los elementos fusibles y el aislante en que se inicia el arco. Tiempo de operación: Suma del tiempo de pre-arco y el tiempo de arco. Integral de Joule (I2 t): La integral del cuadrado de la corriente presunta de ruptura. Tiempo virtual: I2 t dividido por el cuadrado de la corriente presunta de ruptura. Tensión de restablecimiento: Tensión que aparece entre bornes de un cortacircuito después de la ruptura de la corriente.
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Tensión de ruptura: Valor máximo de la tensión, expresado en valor de cresta, que aparece entre los bornes del cortacircuito durante la operación del fusible. PROTECCIÓN DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS Toda instalación eléctrica tiene que estar dotada de una serie de protecciones que la hagan segura, tanto desde el punto de vista de los conductores y los aparatos a ellos conectados, como de las personas que han de trabajar con ella. Existen muchos tipos de protecciones, que pueden hacer a una instalación eléctrica completamente segura ante cualquier contingencia, pero hay tres que deben usarse en todo tipo de instalación: de alumbrado, domesticas, de fuerza, redes de distribución, circuitos auxiliares, etc., ya sea de baja o alta tensión. Estas tres protecciones eléctricas, que describiremos con detalle a continuación son: a) Protección contra cortocircuitos. b) Protección contra sobrecargas. c) Protección contra electrocución. PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS Se denomina cortocircuito a la unión de dos conductores o partes de un circuito eléctrico, con una diferencia de potencial o tensión entre si, sin ninguna impedancia eléctrica entre ellos. Este efecto, según la Ley de Ohm, al ser la impedancia cero, hace que la intensidad tienda a infinito, con lo cual peligra la integridad de conductores y máquinas debido al calor generado por dicha intensidad, debido al efecto Joule. En la práctica, la intensidad producida por un cortocircuito, siempre queda amortiguada por la resistencia de los propios conductores que, aunque muy pequeña, nunca es cero. I = V / Z (si Z es cero, I = infinito) Según los reglamentos electrotécnicos, "en el origen de todo circuito deberá colocarse un dispositivo de protección, de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en la instalación". No obstante se admite una protección general contra cortocircuitos para varios circuitos derivados. Los dispositivos más empleados para la protección contra cortocircuitos son: • Fusibles calibrados (también llamados cortacircuitos), o • Interruptores automáticos magnetotérmicos FUSIBLES O CORTACIRCUITOS Los fusibles o cortacircuitos, según se ve en la figura de abajo, no son más que una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito rcuito ya no sufre daño alguno. Antiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito. Actualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro ntro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo cual se evita la dispersión del material fundido; por tal motivo también se denominan cartuchos fusibles. Los cartuchos fusibles son protecciones desechables, cuando uno se funde se sustituye sustitu por otro en buen estado.
Fundamento del cortacircuitos o fusible. Los cartuchos fusibles también pueden mejorarse aplicándole técnicas de enfriamiento o rapidez de fusión, para la mejor protección de los diferentes tipos de circuitos que puede haber en una instalación, por lo cual y dentro de una misma intensidad, atendiendo a la rapidez de fusión, los cartuchos fusibles se clasifican según la siguiente tabla. TIPOS DE CARTUCHOS FUSIBLES Tipo FUSIBLES RÁPIDOS FUSIBLES BLES LENTOS FUSIBLES DE ACOMPAÑAMIENTO
Según norma UNE gF gT
Otras denominaciones gL, gI,, F, FN, Instanfus T, FT, Tardofus
aM
A, FA, Contanfus
Si llamamos Iff a la intensidad a la cual ha de fundir un fusible, los tres tipos antes mencionados, se diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que fundan en un segundo. Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 If Los de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If
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Los fusibles de acompañamiento (aM (aM)) se fabrican especialmente para pa la protección de motores, debido a que aguanten sin fundirse las puntas de intensidad que estos absorben en el arranque. Su nombre proviene de que han de ir acompañados de otros elementos de protección, como son generalmente los relés térmicos. Cada cartucho artucho fusible tiene en realidad unas curvas de fusión, que pueden diferir algo de las definiciones anteriores, dadas por los fabricantes. En la figura 16.2, vemos algunos tipos de cartuchos fusibles, así como unas curvas de fusión orientativas, de los tres tipos existentes. Los fusibles lentos (gT) son los menos utilizados, empleándose para la protección de redes aéreas de distribución generalmente, debido a los cortocircuitos momentáneos que los árboles o el viento pueden hacer entre los conductores. Los fusibles rápidos (gF) se emplean para la protección de redes de distribución con cables aislados y para los circuitos de alumbrado generalmente.
Tipos de cartuchos y curvas orientativas de fusion Los fusibles de acompañamiento (aM), como ya hemos dicho, son un tipo especial de cortacircuitos, diseñado ado para la protección protección de motores eléctricos. Los cartuchos fusibles de los tipos gF y gT bien elegidos, en cuanto a intensidad de fusión, se emplean también como protección contra sobrecargas, principalmente en instalaciones de alumbrado y de distribución, distribución, pero nunca debe de emplearse el tipo aM, ya que éstos, como ya se dijo, están diseñados especialmente para la protección contra cortocircuitos de los motores eléctricos. CLASIFICACION Los fusibles pueden clasificarse empleando diversas características característ constructivas u operativas, existiendo numerosos antecedentes con distintos criterios. Por ejemplo si se dividen en base a su propiedad de ser reutilizables, se pueden clasificar en: INSTRUCTOR: NSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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• Descartable • Renovable • Inteligente, se reutiliza solo la porción no usada. Existen varios tipos de estos elementos. a) FUSIBLES DE DISTRIBUCIÓN. Son los que utilizan la nomenclatura tipo g. Son usados para la protección contra cortocircuitos y contra las sobrecargas en los circuitos que no tienen variaciones importantes de intensidad. gG, su uso es doméstico. gL, su uso es industrial. b) FUSIBLES DE ACOMPAÑAMIENTO. Son los que utilizan la nomenclatura tipo a. Son usados para proteger de variaciones altas de intensidad. Por ejemplo para motores asíncronos, pero siempre deben acompañar a otro elemento de protección. Así tenemos que para estos dos tipos de fusibles existe una nomenclatura especial: a) La primera letra: • g: Fusibles de uso contra cortocircuitos y sobrecargas. • a: Fusibles de uso exclusivo de cortocircuito y debe ir acompañado de otro elemento protector. b) La segunda letra: • • • •
G: fusibles de uso general. L: fusibles de uso de líneas. m: fusibles de uso para motores. R: fusibles de actuación rápida
CLASES DE FUSIBLES En este enlace reconoceremos algunos tipos de fusibles y haremos una descripción de ellos. CILÍNDRICOS. Están construidos con un tubo cerámico de alta resistencia a la presión interna y a los choques térmicos. La lámina que hace propiamente de fusible esta en su interior recubierta de una arenilla cristalizada, y unida en sus extremos por dos electrodos que hacen a su vez de tapón. • Tipo CI00, de 8,5 x 31,5 mm, para fusibles de 1 a 25 A. • Tipo CI0, de 10 x 38 mm, para fusibles de 2 a 32 A. • Tipo CI1, de 14 x 51 mm, para fusibles de 4 a 40 A. INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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• Tipo CI2, de 22 x 58 mm, para fusibles de 10 a 100 A. • Cartucho fusible 14 x 51 mm, 25 A. DE CUCHILLAS. Se utilizan contra sobrecargas y cortocircuitos en instalaciones de distribución. Su funcionamiento es lento. Se les suele llamar también, fusibles NH. Se fabrican dos tipos de estos fusibles, con percutor y sin percutor. El uso del percutor es para accionar un microrruptor. DE PASTILLA. Su funcionamiento es similar al cilíndrico. FUSIBLES TIPO D: • Tamaño de 25 A, para fusibles de 2 a 25 A. • Tamaño de 63 A, para fusibles de 35 y 50 A. • Tamaño de 100 A, para fusibles de 80 y 100 A. TIPO DO. El tamaño varía según la intensidad y la tensión, indistintamente. Lo cual hace difícil poder confundirse de fusible, ya que el portafusible no admitiría un fusible diferente. A cada intensidad le corresponde un color distinto.
CLASIFICACIÓN SEGÚN SU TAMAÑO Cartuchos cilíndricos: • Tipo CI00, de 8,5 x 31,5 mm, para fusibles de 1 a 25 A. • Tipo CI0, de 10 x 38 mm, para fusibles de 2 a 32 A. • Tipo CI1, de 14 x 51 mm, para fusibles de 4 a 40 A. • Tipo CI2, de 22 x 58 mm, para fusibles de 10 a 100 A. Cartucho fusible 14 x 51 mm, 25 A. Fusibles tipo D: • Tamaño de 25 A, para fusibles de 2 a 25 A. • Tamaño de 63 A, para fusibles de 35 y 50 A. • Tamaño de 100 A, para fusibles de 80 y 100 A. INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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Fusible y portafusible tipo D. Fusibles tipo D0: • Tipo D01, para fusibles de 2 a 16 A. • Tipo D02, para fusibles de 2 a 63 A. • Tipo D03, para fusibles de 80 y 100 A. • Fusible D02, 63 A. Fusibles tipo de cuchillas o también llamados NH de alto poder de ruptura (APR): • Tipo CU0, para fusibles desde 50 hasta 1250 A. • Tipo CU1, para fusibles desde 160 hasta 250 A. • Tipo CU2, para fusibles desde 250 hasta 400 A. • Tipo CU3, para fusibles desde 500 y 630 A. • Tipo CU4, para fusibles desde 800 hasta 1250 A. Fusible NH00 o de cuchillas, 40 A Otra denominación de los fusibles de cuchillas o NH: • Tamaño 00 (000), 35 a 100 A • Tamaño 0 (00), 35 a 160 A • Tamaño 1, 80 a 250 A • Tamaño 2, 125 a 400 A • Tamaño 3, 315 a 630 A • Tamaño 4, 500 a 1000 A • Tamaño 4a, 500 a 1250 A En cuanto a la clase de servicio los fusibles vienen designados mediante dos letras; la primera nos indica la función que va a desempeñar, la segunda el objeto a proteger: Primera letra. Función. • Categoría “g” (general purpose fuses) fusibles de uso general. • Categoría “a” (accompanied fuses) fusibles de acompañamiento. Segunda letra. Objeto a proteger. • Objeto “I”: Cables y conductores. • Objeto “M”: Aparatos de conexión. • Objeto “R”: Semiconductores. • Objeto “B”: Instalaciones de minería. • Objeto “Tr”: Transformadores. La combinación de ambas letras nos da múltiples tipos de fusibles, los más utilizados: • Tipo gF: Fusible de fusión rápida. Protege contra sobrecargas y cortocircuitos. • Tipo gT: Fusible de fusión lenta. Protege contra sobrecargas sostenidas y cortocircuitos. • Tipo gB: Fusibles para la protección de líneas muy largas. INSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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• Tipo aD: Fusibles de acompañamiento de disyuntor. • Tipo gG/gL: Norma CEI 269 269-1, 2, 2-1. 1. Es un cartucho limitador de la corriente empleado fundamentalmente en la protección de circuitos sin puntas de corriente importantes, tales como circuitos de alumbrado, calefacción, etc. • Tipo gII: Fusible de uso general. Protege contra sobrecargas y cortocircuitos, suele utilizarse para la protección de líneas aunque se podría utilizar en la protección de motores. • Tipo gR: Semiconductores. • Tipo gII II: II Fusible de uso general con tiempo de fusión retardado. • Tipo aM: Fusibles de acompañamiento de motor, es decir, para protección de motores contra cortocircuitos y por tanto deberán ser protegido el motor contra sobrecargas con un dispositivo como podría ser el relé térmico. FUSIBLES INDUSTRIALES GG - AM DIAGRAMA DE LIMITACIÓN DE LAS INTENSIDADES TÉRMICAS
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CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FUSIBLES NF Y NH DE TIPO GG DIAGRAMA DE LIMITACIÓN DE LAS CORRIENTES
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CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO TIEMPO/CORRIENTE
FUSIBLES INDUSTRIALES DUSTRIALES GG - AM CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS FUSIBLES NF Y NH DE TIPO AM DIAGRAMA DE LIMITACIÓN DE LAS CORRIENTES INSTRUCTOR: NSTRUCTOR: RICARDO MARISCAL CHUSCANO
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DIAGRAMA DE LIMITACIÓN DE LAS INTENSIDADES TÉRMICAS
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POTENCIA DISIPADA SIN PERCUTOR (W)
CARACTERร STICAS DE FUNCIONAMIENTO TIEMPO/CORRIENTE
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FUSIBLES CILร NDRICOS (NF) DE TIPO GG FUSIBLES DE TIPO GG
FUSIBLES DE TIPO AM
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Fusibles cilíndricos UTE
Fusibles de cuchilias NH
BIBLIOGRAFIA http://www.nichese.com/rele.html http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SeccionMagnetotermico.png http://2.bp.blogspot.com/-Xy72oN7xfBg/UFakz8DStYI/AAAAAAAABZ0/Lvcr1uMPRuM/s1600/guardamotor.png Xy72oN7xfBg/UFakz8DStYI/AAAAAAAABZ0/Lvcr1uMPRuM/s1600/guardamotor.png
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