martes, 23 de enero de 2018

Aparamenta de Baja Tensión: Fusibles (y Parte 2ª)



Fusibles miniatura

Descripción

Ocupan el primer lugar en número de unidades que anualmente se utilizan. Existe una amplia gama de tipos, con corrientes asignadas que van desde unas decenas de mA hasta unos 10 A.

Suelen ser de forma cilíndrica con casquillos metálicos.

Entre los normalizados CEI / UNE la dimensión más extendida incluso internacionalmente es de 5 mm de diámetro y 20 mm longitud, de 250 V.

Su aplicación más frecuente es la protección de electrodomésticos y equipos electrónicos monofásicos.



Formas de fusibles miniatura retardados

Poder de corte

Se han normalizado dos niveles de poder de corte.

Bajo Poder de Corte

En los que el poder de corte es el mayor de los dos valores 35A o 10 In, el cual es suficiente para faltas internas de los equipos que están alimentados por medio de líneas de pequeña sección.
El elemento fusible (hilo) está al aire dentro de un tubo generalmente de vidrio.

Alto Poder de Corte

Con poder de corte de 1,5 kA a 250 V, el medio extintor es cuarzo pulverulento y el cuerpo aislante cerámico.

El elemento fusible puede ser de plata, cobre, níquel o aleación níquel-cromo empleándose los materiales de resistividad elevada en los calibres bajos (mA), para tener resistencia suficiente con longitudes moderadas y secciones no demasiado pequeñas que serían mecánicamente frágiles.

Por su resistencia óhmica relativamente elevada son limitadores, en especial los de pequeñas corrientes asignadas, por ejemplo el calibre 50 mA tiene una resistencia de 150 W (Ohm).

En consecuencia no es necesario un elevado efecto extintor pudiendo ser el aire, dentro de un tubo de vidrio que facilita la inspección.

Diversos tipos de fusibles miniatura

Se usan dos tipos de bases fusibles:

         Cerradas. Con portafusible de tapón roscado

         Abiertas. Con clips de fijación


Bases fusibles


Características

Se han normalizado varias características de fusión a las que se han asignado unas letras representativas aceptadas internacionalmente:

·         FF: Super-rápidos
·         F  : Rápidos
·         M : Semi-retardados
·         T  : Retardados (resistentes a los transitorios)
·         TT: Super-retardados

en APC (Alto Poder de Corte) están disponibles en las características

·         F : Rápidos
·         T : Retardados

Los fusibles M, T y TT suelen ser de BPC (Bajo Poder de Corte), de vidrio y sin relleno, se emplean en equipos con puntas de arranque (motores) o de conexión (transformadores y condensadores). Su elemento fusible es con "Punto M" o con una masa de estaño en el centro del hilo (inercia térmica) o también de hilo de mayor sección y longitud arrollado en hélice, y combinando el calentamiento de un hilo de sección mayor con la acción de un resorte interno.

Los IF y I son de hilo, en los FF con estrangulamientos y los F de sección constante.

Curvas tiempo/corriente de fusibles miniatura de rapidez de fusión diversa

Cada velocidad de actuación está representada por una curva que es aplicable a todas las In.


Fusibles para automoción

Se ha desarrollado una ejecución específica de 12V c.c. en la que para facilitar la reposición las corrientes asignadas tienen colores específicos.

Utilización

En la utilización de los fusibles miniatura debe prestarse atención a:

·         El buen estado de los puntos de contacto (casquillos, clips, roscas, etc.).
·   Elegir la Un adecuada a la Utilización para evitar calentamientos excesivos que las bases y solicitaciones de arco perjudiciales para la instalación.

Ejemplo de un fusible miniatura cortando una carga a 125 Vcc generando una tensión de arco de 600V (sobretensión)


·         Poder de corte adecuado a la Icc prevista.

·         Evitar errores por sustitución de fusibles por otros de características de fusión distinta.
Error en la sustitución de un fusible miniatura fundido por otro de característica distinta



lunes, 22 de enero de 2018

Fusibles para BT. Selectividad entre fusibles en caso de cortocircuito



Fusibles para BT. Intensidades nominales



Fusibles para BT. Dimensiones



Aparamenta de Baja Tensión: Fusibles (Parte 1ª)



Definición

Los fusibles de BT son dispositivos de protección que mediante la fusión de uno o más de sus elementos, diseñados especialmente, interrumpe el circuito y corta la corriente cuando ésta excede un determinado valor durante un tiempo suficiente.

Tipos de fusibles

Existe una gran variedad de fusibles de baja tensión en el mundo. Todos los países con gran tradición industrial poseen sus fusibles específicos. De acuerdo con lo dicho se pueden citar en la actualidad las siguientes familias:

    Fusibles tipo americano (Normas NEMA y UL). Aplicados en los países con influencia USA (América del Norte, Centro y Sur, así como algunos países de Asia).
     Fusibles tipo británico (Normas BS). Adoptados en los países de tradicional influencia británica (Commonwealth y otros de Europa, América, África y Oceanía).
      Fusibles alemanes (Normas DIN y VDE). Utilizados en algunos países europeos (Norte, Centro y Este de Europa).
   Fusibles franceses (Normas NF y UTE). Empleados en algunos países europeos y excolonias francesas.

También otros países como Italia o Japón tienen fusibles propios.

Desde hace unos 50 años la IEC viene realizando una notable labor de normalización y unificación. Fruto de ella es la aceptación internacional de unas ejecuciones normalizadas que son la base de los fusibles europeos y españoles.

Fusibles normalizados IEC / UNE

Se han normalizado dos aspectos:

1.- Las características de funcionamiento (Curvas I-t, I²t, limitación) distinguiendo tres áreas de aplicación:

         Fusibles de uso general, denominados "De característica g".
         Fusibles de acompañamiento, denominados "De característica a"

2.- La forma constructiva y dimensiones, así como el entorno 'profesional' o 'no profesional' de las personas que los utilicen, por ejemplo reponiendo los fusibles fundidos. En este sentido se distinguen:

         Fusibles para uso por personas no calificadas (uso doméstico).
         Fusibles para uso por personal calificado (uso industrial).


Tabla: Fusibles normalizados IEC / UNE

Fusibles más comunes en España

         De uso doméstico:

o   Fusibles de rosca o tipo D. Los D01, D02 y D03 -denominados NEOZED- y los DII, DIII y DIV -denominados DIAZED-.

         De uso industrial:

o   Fusibles de cuchillas. En sus 6 tamaños (00, 0, 1, 2, 3 y 4).
o   Fusibles cilíndricos. En sus 3 tamaños (10x38, 14x51 y 22x58 mm).

Los otros tipos previstos en CEI / UNE no se usan o se usan en aplicaciones muy contadas. Por ejemplo:

         Algunos fusibles domésticos y cilíndricos acompañando determinados equipos importados.
      Fusibles de pletinas para protección de semiconductores montados en equipos electrónicos o sistemas de alimentación ininterrumpida de fabricación británica o americana.

Esquema: Composición fusibles tipo D


Esquema: Sección cartucho fusible tipo D


 Esquema: Sección cartucho fusible de cuchilla 


Características de actuación

El comportamiento de los fusibles protegiendo equipos y líneas se evalúa por medio de las curvas siguientes:

Característica I-t (tiempo-corriente)

Las normas UNE / IEC indican para las clases gG y gM y para cada corriente asignada la zona en que todos los fabricantes deben ubicar la característica I-t de los fusibles. Esta zona está limitada por el tiempo mínimo de prearco (fusión) y el tiempo máximo de interrupción (prearco+arco).

Estas curvas deben satisfacer las condiciones reflejadas por las ventanas especificadas. Asimismo, el comportamiento en las sobrecargas de dichos fusibles de alto poder de corte se describe mediante dos corrientes y un tiempo denominados:

         Corriente convencional de no fusión Inf (también I1).
         Corriente convencional de fusión If (también I2).
         Tiempo convencional tc.


Ejemplo de zona y ventanas para gG16A

La clase aM

En los fusibles clase aM se define una zona única común a todas las corrientes asignadas. Estos fusibles no pueden montarse solos ya que no pueden soportar sin destruirse, determinadas sobrecargas de larga duración.

En este sentido las normas imponen que los fabricantes indiquen el cumplimiento de unos valores especificados (k0In) y (k1In) de modo que el usuario disponga de la información suficiente para elegir y ajustar el dispositivo de protección contra sobrecargas.

Para que los fusibles aM estén protegidos debidamente, la intersección entre la curva mínima de fusión y la del dispositivo de protección térmica estará situada por debajo del punto 60s - K0I0.

Zona única y ventanas de la clase aM

Característica de limitación

La limitación se produce cuando el tiempo de fusión o de prearco es suficientemente pequeño de modo que aparece el arco antes de que se alcance la cresta de la corriente de cortocircuito prevista. Permiten reducir el dimensionado de los circuitos frente a las solicitudes por cortocircuito.

Observaciones:

De modo general se puede decir que se produce limitación si tprearco   10 ms.
La limitación aumenta si incrementa la corriente de cortocircuito prevista.
Para una misma corriente de cortocircuito prevista, la limitación es inversamente proporcional a la corriente asignada (los fusibles pequeños limitan más).



Características de I²t (Energía específica)

Tienen un gran interés en la determinación de la selectividad entre fusibles o entre fusibles y otros dispositivos. También en la protección de cables y semiconductores.


Existe selectividad entre F1 y F2 si:


Esto es, cuando la I²t de prearco mínima  del fusible mayor (F1) es superior o igual a la I²t de funcionamiento total máxima del fusible menor (F2).

Las normas IEC / UNE establecen para cada corriente asignada unos valores máximos de  I²t  de funcionamiento y mínimos  I²t  de prearco. Los valores  I²t  de cualquier fusible que cumple IEC / UNE deben estar entre estos límites. Los fabricantes expresan estos valores en forma de tablas o gráficos como el representado.

En dicha figura se muestra para el calibre 125 A que los valores según IEC / UNE son 36.000 y 104.000  A²s. El fabricante representado cumple con la normativa, ya que sus valores son 48.000 y 80.000 A²s.


Aplicaciones típicas de los fusibles BT

Los fusibles están reconocidos en las normas como dispositivos apropiados para la protección contra sobrecorrientes (sobrecargas y cortocircuitos). Algunos ejemplos de empleo son:

Protección de líneas y conductores. Se debe verificar:

         Frente a las sobrecargas


         Frente a los cortocircuitos


Protección de motores y aparamenta asociada (contactor + relé térmico). Debiendo cumplir:

     La característica It del fusible no debe cortar la curva de arranque normal del motor en las condiciones especificadas (Número de arranques sucesivos y tiempo de arranque).

         El fusible debe proteger:

o   El motor, frente a los cortocircuitos (limitando desperfectos).
o   El relé térmico en los cortocircuitos debe cumplir: I2t relé  I2t total fusible.
o   Los contactos del contactor (soldadura) I limitada fusible  I repulsión contactor.

         Proporcionar al conjunto fusible-contactor-relé la capacidad de cortocircuito necesaria.


domingo, 14 de enero de 2018

Comparación y elección de los diferentes regímenes de neutro en baja tensión



La elección de los esquemas de conexión a tierra de una instalación de BT., determina las medidas necesarias para aportar protección contra riesgos de contactos indirectos.

El esquema de conexión a tierra debe cumplir los criterios de tres opciones, originalmente independientes, elegidas por el proyectista de un esquema de distribución eléctrica o una instalación:

  • El tipo de conexión del sistema eléctrico (por lo general, del conductor neutro) y las partes accesibles que llegan a los electrodos de tierra.
  • Un conductor de protección independiente o un conductor de protección y un conductor neutro como un único conductor.
  • El uso de una protección contra defectos a tierra de la aparamenta con protección contra sobreintensidades, que elimine únicamente corrientes de defecto relativamente elevadas, o el uso de relés adicionales capaces de detectar y eliminar a tierra pequeñas corrientes de defecto de aislamiento.

Cada una de estas opciones ofrece sistemas normalizados de conexión a tierra que presentan tres ventajas e inconvenientes:

  • La conexión de las partes conductoras accesibles de los equipos y del conductor neutro al conductor PE da como resultado una equipotencialidad y sobretensiones más bajas, pero incrementa las corrientes de defecto a tierra.
  • Un conductor de protección independiente resulta costoso, aunque su sección transversal sea pequeña, pero es mucho menos probable que se vea contaminado por caídas de tensión, armónicos, etc., que un conductor neutro. También se evitan las corrientes de fuga en las partes conductoras extrañas.
  • Los relés de protección contra corriente diferencial o los dispositivos de supervisión del aislamiento son mucho más sensibles y su instalación permite en muchos casos eliminar los defectos antes de que se produzcan daños graves (motores, incendios, electrocución).
  • La protección que ofrecen también es independiente respecto de los cambios realizados en una instalación existente.

Comparativo de los diferentes regímenes de neutro:

Esquema TT:

  • Es la solución más simple a realizar. Se utiliza en las instalaciones alimentadas directamente de la red de distribución pública en baja tensión.
  • No necesita vigilancia particular, puede ser necesario un control periódico de los dispositivos diferenciales.
  • La protección está asegurada por dispositivos diferenciales residuales (DDR) que permiten además la prevención de los riesgos de incendio cuando su sensibilidad ≤ 500 mA.
  • Cada defecto de aislamiento supone un corte. Este corte puede ser limitado a sólo el circuito en defecto por la implantación de una selectividad apropiada.
  • Los receptores o partes de la instalación, que generan corrientes de fuga importantes, deben ser equipadas de DDR apropiados con el fin de evitar disparos intempestivos.

Esquema TN:

  • Se utiliza únicamente en Centros de Transformación que utilizan transformadores MT/BT o BT/BT privados.
  • Es necesario dar puesta a tierra regularmente al conductor de protección.
  • Es necesaria la verificación del funcionamiento de los dispositivos de protección contra defectos entre fases para un defecto de aislamiento.
  • Es necesario que toda modificación o extensión sea realizada por personal competente que domine las reglas de estas instalaciones.
  • Puede suponer, ante un defecto de aislamiento, un deterioro importante de los bobinados de las máquinas rotativas y materiales sensibles.
  • Puede presentar, en locales con riesgo de incendio, un peligro elevado dada la importancia de las corrientes de defecto.

Esquema TN-C:

  • Puede aportar economía a la instalación por la supresión de un polo y un conductor.
  • Implica la utilización de canalizaciones fijas y rígidas.
  • Está prohibido en locales que presentan riesgo de incendio.
  • Genera, durante los defectos de aislamiento, un nivel importante de perturbaciones electromagnéticas que pueden dañar los equipos electrónicos sensibles o perturbar su funcionamiento.
  • Las corrientes de desequilibrio, los armónicos 3 y múltiplos de 3 circulan en el conductor de protección PEN y pueden ser la causa de perturbaciones múltiples.

Esquema TN-S:

  • Se emplea en presencia de conductores flexibles o canalizaciones de escasa sección.
  • Debido a la separación del neutro y del conductor de protección permite mantener una buena equipotencialidad de las masas y reducir el nivel de perturbaciones electromagnéticas. Por lo que es muy recomendable en locales informáticos.
  • Es obligatorio en locales que presentan riesgo de incendio, si la instalación es en TN.

Esquema IT:

  • Se utiliza únicamente en instalaciones alimentadas con Centros de Transformación MT/BT o BT/BT privadas.
  • Es la solución que asegura la mayor continuidad de servicio.
  • La señalización del primer defecto de aislamiento seguida de su búsqueda y eliminación, permite una prevención sistemática de cualquier interrupción de la alimentación.
  • Es necesario personal de mantenimiento para la vigilancia de la instalación.
  • Es necesario un buen nivel de aislamiento de la red.
  • Es necesario que toda modificación o extensión sea realizada por personal competente que domine las reglas de estas instalaciones.
  • Implica la fragmentación de la red si esta es muy extensa y alimentación de los receptores de corriente de fuga importante con un transformador de separación.
  • Es necesaria la verificación del funcionamiento de los dispositivos de protección contra defectos entre fases cuando se produce un doble defecto de aislamiento.

Elección de un régimen de neutro

Características de los regímenes de neutro

Las características de los regímenes de neutro se aprecian según los seis criterios siguientes:

  • La protección contra contactos eléctricos.
  • La protección contra incendios de origen eléctrico.
  • La continuidad de la alimentación
  • La protección contra sobretensiones.
  • La protección contra perturbaciones electromagnéticas
  • Las limitaciones de instalación.

   Protección contra contactos eléctricos

Todos los regímenes de neutro permiten asegurar una misma protección contra contactos eléctricos, los cuales son puestos en obra y utilizados conforme a las normas.

   Protección contra riesgos de incendio

•   Esquemas TT y IT

En el esquema TT y IT en un primer defecto de aislamiento, la intensidad de corriente generada por un defecto es respectivamente pequeña o muy pequeña, el riesgo de incendio es más reducido que en el esquema TN.

•   Esquema TN-C

El esquema TN-C presenta un riesgo de incendio elevado. En efecto, la corriente de desequilibrio de cargas recorren en permanencia no sólo el conductor PEN, sino también los elementos que a él están conectados: estructuras metálicas, masas, blindajes, etc…con riesgo de provocar un incendio. En caso de defecto franco, la intensidad de la corriente generada por el defecto de aislamiento es elevada y el riesgo es importante. En caso de defecto impedante, el esquema TN-C sin dispositivos diferenciales no presenta una protección suficiente, el paso al esquema TN-S asociado al empleo de dispositivos diferenciales es obligatorio. Esta es la razón por la cual queda prohibido en locales con riesgo de explosión o incendio.

   Continuidad de la alimentación

La elección del esquema IT evita todas las consecuencias nefastas del defecto de aislamiento:

  • Las caídas de tensión
  • Los efectos perturbadores de las corrientes de defecto.
  • Los daños a los equipos
  • La apertura de la salida en defecto

Su correcta explotación hace que un segundo defecto sea realmente improbable y permite garantizar la continuidad de servicio.

   Protección contra sobretensiones

En todos los esquemas, puede ser necesaria una protección contra sobretensiones.

   Protección contra las perturbaciones electromagnéticas

La elección del esquema es indiferente:

  • Para todas las perturbaciones de modo diferencial
  • Para todas las perturbaciones de modo común o modo diferencial de frecuencia superior al MHz.

Los esquemas TT, TN-S y IT pueden, satisfacer todos los criterios de compatibilidad electromagnética si son correctamente instalados. Es de notar, que el esquema TN-S conlleva más perturbaciones durante la duración del defecto, porque la corriente de defecto es más elevada.

Por otro lado, los esquemas TN-C o TN–C-S están desaconsejados. En efecto, en estos esquemas, el conductor PEN, las masas de los materiales y los blindajes de los cables son recorridos por una corriente permanente ligada al desequilibrio de las cargas y a la presencia de corrientes armónicas 3 y múltiplos de 3.

   Limitaciones de instalación

El esquema TT, así como el esquema TN-S realizados con dispositivos diferenciales, son los más simples de poner en marcha.

El esquema TN-S realizado sin dispositivos diferenciales y los esquemas TN-C e IT requieren la verificación del funcionamiento de los dispositivos de protección contra defectos entre fases, lo que supone una limitación de las longitudes máximas de las canalizaciones y necesita la intervención de un personal cualificado para la realización de las extensiones y modificaciones de la instalación.

Elección y recomendaciones de empleo (ver tabla 1)

Cuando la elección del régimen de neutro es posible, se determina caso por caso a partir de las limitaciones ligadas a la instalación eléctrica, a los receptores y a las necesidades de explotación.
Es a menudo ventajoso no hacer una única elección para el conjunto de la instalación.

  El esquema TT es recomendado para las instalaciones poco vigiladas y evolutivas

En efecto, este es el esquema más simple de poner en marcha y de explotar

  El esquema IT es recomendado si existe un imperativo de continuidad de servicio

En efecto, el esquema IT garantiza la mayor continuidad de la energía.

Por el contrario, necesita:

  • El respeto a sus reglas de instalación
  • Tener en cuenta los problemas generados por las corrientes de fuga
  • Un servicio de mantenimiento competente para la búsqueda y eliminación del primer defecto de aislamiento así como para la extensión y modificación de la instalación.

   El esquema TN-S está recomendado para las instalaciones poco evolutivas

Se realiza generalmente sin diferenciales.

Las corrientes generadas por un defecto de aislamiento son importantes y pueden provocar:

  • Perturbaciones pasajeras
  • Riesgos de daños elevados
  • Incendios

Necesita como el IT el respeto a sus reglas de instalación.

Si se instalan dispositivos diferenciales de mediana sensibilidad, se aportaría a este esquema una mayor protección contra incendios y flexibilidad al proyecto y a la explotación.

  En términos de resistencia a las sobretensiones y perturbaciones electromagnéticas, los esquemas IT, TT y TN-S realizados según las reglas del arte son generalmente satisfactorios; el esquema TN-C o TN-S, por el contrario, son desaconsejados, en efecto, estos presentan riesgos permanentes, en particular:

  • Caídas de tensión a lo largo del PEN
  • Circulación de corriente en los elementos conductores, los blindajes y las masas.
  • Campos magnéticos radiados
  • Ausencia de protección contra los defectos de aislamiento impedantes
  • En caso de defecto franco, la intensidad de la corriente es elevada, por lo que el riesgo de daños es importante.



(1)   Con DDR de sensibilidad < 500 mA
      C    : Aconsejado
      P    : Posible
      D   : Desaconsejado
      I     : Prohibido
Tabla 1: Elección del régimen de neutro




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