El fusible es un dispositivo de protección contra sobrecorriente (OCPD) altamente eficiente con un diseño sencillo basado en principios físicos elementales para interrumpir y limitar sobrecorrientes. Tener una idea de su construcción ayuda a entender su aplicación.
Como se muestra en la Figura 2, los fusibles tienen cuatro partes comunes a la mayoría de los diseños: alojamiento (tubo o cartucho), terminales (cuchillas o casquillos), eslabón fusible (elemento) y relleno para extinción del arco eléctrico. Existen diferentes tipos de fusibles que proporcionan las características de operación requeridas para satisfacer las diferentes necesidades de protección de un circuito.
Comúnmente, la construcción de un fusible ofrece los siguientes beneficios:
1. Rechazo físico
Los fusibles tienen características de rechazo basada en sus dimensiones físicas o por una característica de construcción.
Generalmente, un fusible de cierta clase y tamaño no puede ser instalado en un montaje para diferente clase y distinto tamaño de fusible. Esto asegura que el fusible de reemplazo tendrá las mismas clasificaciones de tensión e interrupción. Una excepción son los fusibles Clase R, que pueden instalarse en montajes para fusibles Clase H(K) para mayor protección, sin embargo, los fusibles Clase H(K) no pueden ser instalados en portafusibles o bloques para fusibles Clase R.
El fusible Clase J es otro ejemplo. Su rechazo por dimensiones evita instalar cualquier otro tipo de fusible y virtualmente elimina la instalación del tipo de fusible incorrecto con características de funcionamiento diferentes y potencialmente menores. A menos que el usuario reemplace el portafusible, el bloque o el interruptor, es muy difícil instalar un fusible de reemplazo equivocado.
2. Diseño sellado y sin descarga
Los fusibles no ventilan cuando interrumpen corrientes de falla. Todo el arco eléctrico se contiene y extingue dentro del cuerpo del fusible. Esto reduce el riesgo de que vapores de metal causen daño innecesario a otros componentes que se encuentran dentro del gabinete. Como parte de su diseño, algunos OCPD ventilan cuando interrumpen corrientes de falla. Además, el uso de fusibles reduce el costo de operación al eliminar la necesidad de guardas o barreras para protección contra la descarga.
3. Diseño sellado, fijo y térmico
Los fusibles con limitación de corriente están construidos con un alojamiento, tubo o cuerpo sellado y no contienen partes que deban moverse cuando abren un circuito debido a una sobrecorriente. Al operar bajo principios de energía térmica, el fusible mejora la confiabilidad del sistema eléctrico al no depender de resortes, palancas o cerrojos, los cuales requieren mantenimiento periódico para asegurar un funcionamiento adecuado y continuo.
Fusible sin Retardo de Tiempo
Dependiendo de la clasificación de amperes del fusible, los fusibles sin retardo de tiempo y de “un solo elemento” pueden tener uno o más eslabones.
- Los eslabones conectados eléctricamente a las terminales (cuchillas o casquillos) (véase Figura 3) y encerrados en un tubo o cartucho que contiene un material de relleno que rodea el eslabón y extingue el arco eléctrico. Muchos fusibles LimitronTM, Bussmann series, son fusibles de “un solo elemento”.
Bajo condiciones de operación normal, cuando el fusible es aplicado a, o cerca de, su clasificación de amperes, simplemente funciona como un conductor.
Si ocurre una sobrecarga y persiste por más de un corto intervalo de tiempo, como se ilustra en la Figura 4, la temperatura del eslabón eventualmente alcanza un nivel que causa que un segmento reducido del eslabón (cuello) se funda.
- Como resultado, se forma un hueco y se establece un arco eléctrico. Como el arco causa que el eslabón se queme, el hueco se hace progresivamente más grande. La resistencia del arco eléctrico finalmente alcanza un nivel tan alto que no puede ser sostenido y es extinguido con la ayuda de las propiedades de extinción de arco del material de relleno (véase Figura 5). Entonces, el fusible habrá interrumpido completamente todo flujo de corriente en el circuito.
- La elevada resistencia total de los arcos múltiples junto con el material de relleno de extinción del arco eléctrico da como resultado una rápida eliminación del arco eléctrico y despeje de la falla (véanse figuras 6 y 7). La corriente de falla es interrumpida en menos de un cuarto de ciclo, mucho antes que alcance su valor total (con el fusible funcionando dentro de su rango de limitación de corriente).
Los fusibles Bussmann series para circuitos derivados, Listados UL, juegan un papel importante en las instalaciones comerciales e industriales para proporcionar la máxima protección confiable a los sistemas de energía. Sus dimensiones físicas o sus características de rechazo evitan reemplazar un fusible con otro de diferente clase. Esto ayuda a asegurar que siempre es instalado el fusible de reemplazo correcto y las clasificaciones de voltaje e interrupción siguen siendo las mismas. Se muestra el tamaño de cada clase de fusible en relación al tamaño de una moneda de un cuarto de dólar americano (lado izquierdo de la imagen).
Fusible de Doble Elemento, con Retardo de Tiempo
Tiene muchas ventajas usar fusibles de “doble elemento”, con retardo de tiempo, que cuentan con un eslabón para sobrecarga y un elemento para cortocircuito conectados en serie, de ahí su denominación de “doble elemento”. A diferencia de los fusibles de “un solo elemento”, los fusibles de doble elemento, con retardo de tiempo, Bussmann series, pueden ser dimensionados más cercanos al valor de la carga, para ofrecer un alto desempeño tanto para cortocircuitos como para protección contra sobrecarga.
El elemento para sobrecarga proporciona el “retardo de tiempo” intencional que permite a las sobrecargas temporales pasar sin causar daños. Esta es la razón por la que estos fusibles pueden ser dimensionados más cercanos al valor de la carga que los fusibles sin retardo de tiempo, los cuales deben ser sobredimensionados para dejar pasar las corrientes de arranque y no producir molestos cortes.
El elemento para cortocircuito se encarga de manejar las corrientes de falla, y cuando se abre el fusible dentro de su rango de limitación de corriente, no es posible que la corriente de falla disponible total fluya a través del fusible, solo es cuestión de física. Las pequeñas secciones reducidas del elemento para cortocircuito rápidamente se vaporizan con el material de relleno, ayudando y obligando a que la corriente reduzca su valor a cero, y así “limitar la corriente de falla.
Anatomía de un fusible de doble elemento, con retardo de tiempo
- El fusible Clase RK1, Low-Peak, de doble elemento, LPS-RK100SP, 100 A, 600 V, tiene un excelente retardo de tiempo para soportar altas corrientes de arranque, junto con una excelente limitación de corriente y una clasificación de interrupción de 300 kA. La Figura 8 muestra la construcción interna del fusible. En el fusible real, el tubo no es transparente y el material de relleno para extinción del arco rodea completamente el elemento y llena el espacio interno del tubo.
El fusible real de doble elemento tiene separados y distintos los elementos para cortocircuito y para sobrecarga, conectados en serie como se muestra en la Figura 9.
La operación bajo condiciones persistentes de sobrecarga, como se muestra en la Figura 10, causa que el resorte del disparador fracture la aleación de fusión calibrada y libere el “conector”.
Los recuadros muestran el elemento de sobrecarga antes y después de que se abra. El resorte en espiral empuja el conector desde el elemento de cortocircuito y se interrumpe el circuito.
Para operación bajo condiciones de falla, el elemento de cortocircuito está diseñado con una cantidad mínima de metal en las porciones restringidas para mejorar considerablemente la limitación de corriente del fusible y reducir al mínimo la corriente pasante de cortocircuito. La corriente de falla ocasiona que las porciones restringidas (cuellos) del elemento de cortocircuito se vaporicen e inicie el arco eléctrico, como se muestra en la Figura 11. Los arcos individuales vuelven a quemar el elemento, dando como resultado arcos más grandes que reducen la corriente, con el relleno para extinción del arco ayudando a extinguir los arcos y forzar la corriente a cero.
Como resultado de una operación de cortocircuito, el material para extinción del arco eléctrico, compuesto de pequeños gránulos, tiene un papel importante en el proceso de interrupción ya que ayuda a extinguir los arcos eléctricos al absorber su energía térmica y fundirse para formar un material de barrera aislante, llamado fulgurita, como se muestra en la Figura 12.
Este post es parte de nuestra serie de Fuseología, con información proporcionada por Bussmann Eaton.
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