En electricidad, el fusible es un dispositivo hecho con un soporte y un filamento o lámina de metal o aleación con bajo punto de fusión que se posiciona en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda 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 con riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.
Los comienzos del Fusible
El fusible fue el primer dispositivo de protección usado en los sistemas eléctricos desde hace más de 240 años, cuyo desarrollo puede dividirse para su estudio en siete etapas. La historia de los fusibles y la primera etapa de su desarrollo comienza en el año 1774, momento en el cual se publican los resultados de la extensa investigación llevada a cabo por Narne.
Estos experimentos consistían en el estudio del efecto de la electricidad sobre las plantas, animales y voluntarios humanos, para lo cual se producían corrientes elevadas mediante descargas de capacitores (botellas de vidrio recubiertas internamente y externamente con placas metálicas), protegiendo a los elementos con un conductor de baja sección.
Posteriormente, fueron apareciendo artículos describiendo muchos experimentos y explicando algunas aplicaciones extremadamentes simples, como por ejemplo: la protección de sistemas telegráficos, que llegaron en la década de 1880.
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Definición de los parámetros de un Fusible
- 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 cortocircuito 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 cortocircuito.
- 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 (I2t): La integral del cuadrado de la corriente presunta de ruptura.
- Tiempo virtual: I2t dividido por el cuadrado de la corriente presunta de ruptura.
- Tensión de restablecimiento: Tensión que aparece entre bornes de un cortocircuito después de la ruptura de la corriente.
- Tensión de ruptura: Valor máximo de la tensión, expresado en valor de cresta, que aparece entre los bornes del cortocircuito durante la operación del fusible.
Clases de servicio
De acuerdo con su función los fusibles se subdividen en clases de servicios. La primera letra señala la clase de funcionamiento y la segunda, el objeto a proteger:
- 1ª letra:
a - Fusibles de uso parcial: fusibles que como mínimo, pueden conducir en forma permanente corrientes de hasta la intensidad asignada indicada y, además, están en condiciones de interrumpir corrientes de desconexión.
g - Fusibles de uso general: Fusibles que pueden conducir en forma permanente corrientes de, como mínimo, la intensidad asignada indicada y, además, están en condiciones de interrumpir las corrientes de más pequeñas hasta llegar a su intensidad asignada de la corriente de desconexión.
- 2ª Letra:
G: Protección de cables y conductores (uso general)
M: Protección de aparatos de maniobra / motores (para protección de circuitos de motores).
R: Protecciones de semiconductores / tiristores (para protecciones de rectificadores).
L: Protecciones de cables y conductores (según DIN VDE).
B: Protección de instalaciones Mineras.
Tr: Protección de transformadores.
Para el caso de los DIAZED, existen las características “Lentos” y “Rápidos” definidas por las normas IEC / CEE / DIN VDE. En la zona de cortocircuito, el fusible con la característica “Rápido” desconecta con mayor celeridad que la clase de servicio gL/gG. Los fusibles DIAZED para la protección de instalaciones ferroviarias con corriente continua y la característica “Lento” se adaptan especialmente para la desconexión de circuitos muy inductivos. Ambas características también sirven para la protección de cables y conductores.
Los fusibles de uso parcial (aM, aR) se utilizan exclusivamente para la protección contra cortocircuitos.
Como ejemplo se muestran las siguientes clases de servicio:
gL (DIN VDE) / gG (IEC): protección general de cables y conductores.
aM (DIN VDE / IEC ): protección parcial de aparatos de maniobra y motores.
aR (DIN VDE / IEC): protección parcial de semiconductores.
gR (DIN VDE / IEC): protección general de semiconductores.
Rápidos (DIN VDE / IEC/ CEE): protección
Curvas de Fusibles
- Característica Tiempo-Corriente
Permiten encontrar el tiempo necesario para interrumpir una determinada corriente estimada de cortocircuito. En la figura 1 se muestran las características tiempo-corriente de algunos fusibles.
En la figura 2 se muestra las curvas características de fusibles tipo gR y aR utilizadas para la proteccion de elementos semiconductores, de distintos valores de corriente nominal.
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Figura 1: Curva característica Tiempo-Corriente |
Figura 2: Curva caracteristica Tiempo-Corriente de fusibles tipo gR y aR de diferentes corrientes. |
- Característica de corriente de corte:
Representación gráfica de los valores pico de corriente de corte del fusible para cualquier corriente estimada de cortocircuito. En la figura 3 se muestran algunos de esos valores.
Figura 3: Curva característica corriente de corte de los Fusibles
- I2t de Pre-Arco:
Este valor está dado para todos los diferentes tipos de fusibles. Son útiles cuando se compara la operación de fusibles de diferentes valores en un circuito. La figura 4 muestra la curva de interrupción de una corriente de cortocircuito, limitada por un fusible, indicando los tiempos de pre-arco y de arco.
Asignación de protección para cables y conductores
Para la asignación de fusibles a la protección de cables y conductores contra sobrecargas tienen que cumplirse las siguientes condiciones:
Regla 1: Ib ≤ In ≤ Iz (Regla de la corriente nominal)
Regla 2: I2 ≤ 1,45 x Iz (Regla de la corriente de disparo) donde:
Ib: Corriente de servicio del circuito.
In: Corriente asignada al dispositivo de protección seleccionado.
Iz: Corriente admisible del cable o conductor bajo las condiciones de servicios dadas.
I2: Corriente de disparo del dispositivo de protección bajo condiciones determinadas.
La regla 1 satisface las condiciones generales de protección contra sobrecarga.
La regla 2 se emplea para la protección contra sobrecarga; un fusible requiere que la corriente de funcionamiento seguro I2, no sea nunca superior a:
En el siguiente gráfico se resumen como deben ser ordenados los valores de las reglas 1 y 2:
Fusibles NH
Este tipo de fusible, más comúnmente conocido como "NH" (el nombre proviene de sus siglas del idioma alemán, Niederspannung Hochleistung) y como su nombre lo dice, baja tensión y alta capacidad de ruptura o de corte frente a las corrientes de cortocircuito.
Su habilidad consiste en interrumpir la corriente de cortocircuito en un brevísimo lapso de tiempo (0,5 ms) con lo cual se minimizan los efectos de estas corrientes. La capacidad de limitación de la corriente de corto circuito suele ser menor y está a corde con la corriente nominal del cartucho fusible. La fabricación de estos cartuchos fusible se hacen por tamaños los que van asociadas con las corrientes nominales de los mismos, como se detalla a continuación:
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Imagen ejemplo de los Tamanos de los Fusibles NH
- Instalación de los NH
La instalación de estos fusibles se puede hacer de dos formas, atraves de un seccionador bajo carga, o con bases porta fusibles independientes, a continuación se ilustran ambas opciones.
Fuentes: