Definición
Dispositivo
de protección que mediante la fusión de uno o más de sus elementos, diseñados
especialmente, interrumpe el circuito y corta la corriente cuando esta excede
un determinado valor durante un tiempo suficiente.
Clasificación
Básicamente
pueden ser de dos clases según sea la tensión de arco generada:
Limitadores
de corriente (son los más usados) (alta tensión de arco). Pueden ser:
Ø Fusible de uso general. Garantiza el funcionamiento
correcto para corrientes comprendidas entre la que provoca la fusión en 1 hora
y la corriente de su "Poder de corte asignado".
Ø Fusibles de uso asociado. Garantiza el funcionamiento
correcto para corrientes comprendidas entre la "corriente mínima de
interrupción" (indicada por el fabricante) y la corriente al "poder
de corte asignado".
Deben
ir acompañados de dispositivos de protección contra sobrecargas que eviten el
deterioro de estos fusibles (a la vez que proporcionen protección contra
sobrecargas de los equipos implicados).
No
limitadores de corriente (p.e. los de Expulsión) (baja tensión de arco)
También,
los fusibles de alta tensión pueden ser:
-
Fusibles "de
interior".
-
Fusibles "de
intemperie".
Consideraciones
Comparado
con otros dispositivos de protección (como por ejemplo interruptores
automáticos), los fusibles de MT presentan:
Ventajas:
Economía en el coste de primera
instalación.
Especialmente eficaces en la
protección contra cortocircuitos.
Elevado poder de corte
(usualmente 50 kA en MT en uT).
Elevada limitación de corriente
(ahorro en dimensionado de la instalación).
Desventajas:
Actuación únicamente abriendo el
cortocircuito y una sola vez.
Interrupción del servicio, hasta
el reemplazamiento del fusible fundido.
Riesgo de errores en la
sustitución o de intervenciones no autorizadas.
Riesgo de envejecimiento
provocando fusiones indebidas.
Necesidad de sustituir los tres
fusibles aunque funda solo uno.
Interrupción no omnipolar
(posible funcionamiento en monofásico).
Elementos constitutivos
Figura 1: Elementos constitutivos de un fusible de MT.
Leyenda
de la figura 1:
Cartucho
fusible
Es la
parte que realiza la función activa del fusible y que debe ser sustituida cada
vez que el fusible actúa.
Valores
usualmente máximos: 36 kV / 400 A
Casquillo
de contacto
Están
previstos para establecer contacto con las pinzas de la base y sobre los que
están soldados interiormente los elementos fusibles.
Soporte
interior
Utilizado
únicamente en los fusibles de alta tensión.
Es
una pieza cerámica sobre la que se enrolla helicoidalmente el elemento fusible,
con objeto de que el cartucho tenga unas dimensiones moderadas.
Cuerpo
aislante
Generalmente
de material cerámico.
Contiene
los elementos fusibles, el material de extinción del arco y los casquillos o
cápsulas de conexión con la base.
Material
de extinción
Se
trata de un material aislante, generalmente arena de cuarzo, que envuelve los
elementos fusibles.
Su
elevado grado de compacidad , ausencia de humedad, pureza y gránulometría
precisa, tiene una influencia determinante en el buen comportamiento frente los
cortocircuitos.
Elemento o
elementos fusible
Constituidos
por uno o más conductores en paralelo, de cobre, plata o cobre plateado.
En la
tabla se indican los puntos de fusión de estos materiales. Algunos elementos
disponen del punto M (Metcaff Point) de punto bajo de fusión (eutéctico
"plata-estaño" o "cobre-estaño") que caracteriza los
llamados "Fusibles Fríos" que definen el calibre o corriente asignada
del fusible.
Percutor
Es un
dispositivo auxiliar que permite tener una señal mecánica de la actuación del
fusible. Esto se consigue por la fusión de un hilo de resistencia en paralelo
con el elemento fusible, el cual retiene un resorte que impulsa el percutor
cuando dicho hilo funde.
Su
función es provocar la apertura de un "interruptor asociado" dando
lugar a un corte omnipolar.
El
percutor suele ser un accesorio opcional, necesario únicamente en
"fusibles asociados" con interruptores.
Según
la carrera del percutor y el esfuerzo del mismo, pude ser de tres tipos:
Débil (10 a 30 mm)
Medio (20 a 40 mm) y 20 N (2 Kg) es el más usual
Fuerte (10 a 16 mm) y 40 N (4
Kg)
Base
fusible
Es la
parte del fusible insertada permanentemente en el circuito.
Está
constituida por dos aisladores que soportan las pinzas en las que se enchufa el
cartucho fusible y los terminales parra la conexión de los conductores
externos.
Figura 2: Sección: Fusible de expulsión
Funcionamiento
De
modo simplificado, puede decirse que la interrupción en los fusibles se
consigue cuando:
"La
tensión de los múltiples arcos en serie formados por la vaporización de los
elementos fusibles supera la tensión aplicada de la red"
Los
elementos fusibles pueden ser :
De sección constante
De sección variable
En
los elementos fusibles de sección constante se puede producir un número
indeterminado y elevado de arcos en serie. La tensión de arco de fusible puede
ser muy elevada. Los elementos fusibles de sección variable originan una
tensión de arco más baja; el número de arcos en serie coincide con el de
estrangulamientos de la sección.
La
tensión de arco debe ser suficientemente alta pero sin exceder el nivel de
aislamiento del circuito, consecuentemente:
Debe
asegurarse que la fusión del fusible no produzca sobretensiones excesivas que
puedan dañar los aislamientos de los circuitos en los que están instalados.
Las
normas establecen valores máximos para la tensión de arco para los distintos
niveles de tensión asignada.
Características
Valores
característicos de corrientes asignadas en los fusibles de alta tensión
Las
normas UNE y CEI definen tres corrientes en los fusibles MT:
I 1: Poder del corte asignado
(kA).
I 2: Corriente crítica (k In).
Es la que origina la máxima energía de arco.
I 3: Corriente mínima de
interrupción (k' In). Es el mínimo valor de corriente que puede ser
interrumpido sin problemas por el fusible.
Los
valores de I 2 e I 3 (así como In) deben estar marcados en cada fusible.
Figura 3: Placa de características de un fusible de MT
Esquema sobre las corrientes I1,
I2 e I3
Por
su constitución física y comportamiento térmico, los fusibles de A.T. tienen
una corriente mínima de fusión inferior a la corriente mínima de interrupción
(los fusibles de B.T. no tienen esta peculiaridad ).
Por
este motivo existe una zona de corrientes peligrosas para los fusibles A.T. y
que debe evitarse que pueda presentarse en servicio. El gráfico siguiente
muestra la posición de dichos parámetros:
Figura 4: Gráfico de zonas de corrientes I1, I2, I3 e In
La
actuación de los fusibles se evalúa mediante tres curvas o características:
Característica de fusión
Relaciona
el tiempo de fusión "t" expresado en segundos y minutos con la
corriente de cortocircuito expresada en amperios.
Indican
valores medios validos para todas las tensiones asignadas expresados en
coordenadas doble logarítmicas.
Corresponden
al estado frío (20º).
Figura 5: Características de fusión
La
zona a trazos es la "zona incierta" o de posible deterioro de los
fusibles es decir que los fusibles pueden fundir pero dando lugar a proyección
de fragmentos o llamaradas, si se someten a los valores de corriente / tiempo
de estas zonas.
Características de limitación
Relacionan
la corriente que circularía en el caso de cortocircuito sin fusibles de
protección, con la corriente realmente pasante en caso de cortocircuito del
mismo valor pero con fusibles de protección de calibre determinado.
Se
representan en escalas doble logarítmica, siendo las abcisas la "corriente
de cortocircuito prevista" en kA y las ordenadas la "corriente
cortada" en kA de cresta.
Figura 6: Características de limitación
La
limitación reduce las solicitaciones dinámicas de los elementos del
cortocircuito implicado con el consiguiente ahorro.
El
tiempo de actuación de los fusibles se divide en dos fases: el tiempo de
fusión o de prearco y el tiempo de arco.
La limitación tiene lugar cuando el tiempo de fusión es inferior a 5 o 10
milisegundos, esto es antes de que se alcance la cresta del cortocircuito
simétrico o asimétrico.
Figura 7: Tiempos de actuación
Los
fusibles de calibre bajo limitan más que los fusibles de calibres altos.
Características de I²t (Energía específica)
Indican
la "energía de fusión" o la "energía de actuación" de los
fusibles.
Esta
energía circula por todos los elementos del circuito eléctrico produciendo
calentamientos, proporcionales a su resistencia ohmica, que pueden ser
perjudiciales. Estos calentamientos serán tanto más importantes cuanto mayor
sea el valor de I2 t del fusible.
Se
mide en amperios al cuadrado por segundo y representa la energía disipada
durante el tiempo de fusión o total, sobre una resistencia de 1 ohmio, de ahí
la denominación de Energía Específica.
También
recibe el nombre de Integral de Joule cuya expresión es:
Estas
curvas se representan también en coordenadas doble logarítmicas. En abcisas se
tiene la corriente de corto circuito prevista (en valor eficaz simétrico) y en
ordenadas la I 2 t o la Integral de Joule para cada calibre de fusible.
Obsérvese que la I 2 t crece para calibres superiores siendo la cte. de
cortocircuito constante.
Figura
8: Energía de actuación
Por
ejemplo, para Icc prevista = 10 kA, con fusibles de: In = 40 A y In = 100 A,
tenemos, I2 t = 3·104 A2 s e I2
t = 2 · 105 A2 s respectivamente.
Continua
en “Aparamenta de Subestación: Fusibles de M.T.” (y Parte 2ª)
https://imseingenieria.blogspot.com/2018/02/aparamenta-de-subestacion-fusibles-de_18.html
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