Fusible
El fusible es un dispositivo que provoca la apertura del circuito en el que está instalado debido al calentamiento de uno o varios elementos que acaban fundiéndose y cortando la corriente cuando ésta sobrepasa un valor durante un tiempo determinado.
Los fusibles son elementos de protección eléctrica muy simples pero efectivos que velan por la seguridad y la integridad de los circuitos. Al igual que los interruptores automáticos, los fusibles protegen las instalaciones eléctricas contra sobrecargas y cortocircuitos.
Cuando la corriente que circula por el circuito supera el valor para el que el fusible está diseñado, el filamento metálico se calienta excesivamente. Este calentamiento provoca el debilitamiento del filamento, que finalmente se funde, interrumpiendo el flujo de corriente y protegiendo el circuito de daños mayores.
A pesar de ser elementos económicos y efectivos para la protección eléctrica, los fusibles no disponen de rearme, por lo que una vez que se funden, deben ser reemplazados. Es decir, el fusible no es un dispositivo de maniobra como el interruptor automático.
Contenidos
Constitución del Fusible
Básicamente, el fusible se compone de un filamento metálico cuidadosamente calibrado para soportar una corriente específica.
Este filamento se encuentra alojado en un cuerpo aislante o cartucho, diseñado para proteger al usuario de posibles descargas eléctricas y contener el arco eléctrico que se produce en caso de fallo. El cartucho se coloca en una base portante en la cual se conectan los 2 conductores.
Base Portafusible
Es la parte fija que conecta con la instalación a través de unos bornes de conexión, conteniendo los soportes del fusible. Se fabrica con materiales no conductores como baquelita o cerámica, proporcionando aislamiento eléctrico y protegiendo al usuario del contacto accidental.
En sus extremos dispone de terminales de conexión que permiten conectar los cables del circuito eléctrico a la base portafusible. Pueden ser de tipo tornillo, presión o borne según el modelo y la corriente nominal.
Cartucho Fusible
Es un cartucho aislante de porcelana o vidrio que dispone de 2 bornes, elemento fusible y material extintor (excepto los de baja intensidad nominal In).
● Bornes: los 2 bornes están ubicados en los extremos del cartucho, proporcionando una conexión segura y de baja resistencia para el paso de la corriente. Fabricados en materiales como latón o cobre, estos bornes garantizan una conductividad eléctrica óptima.
● Elemento fusible: es un hilo metálico redondo (o varios) o una cinta de sección rectangular de mayor resistencia que el conductor del cable (menor sección o mayor resistividad) y menor punto de fusión que éste. Suelen ser de aleaciones de cobre-plata, plomo-estaño, etc.
● Material extintor: dentro del cartucho, el hilo fusible puede estar rodeado de un material que ayude a extinguir el arco que se produce en el momento de la fusión. Este material es el que confiere al fusible ser el dispositivo con más alto poder de corte.
Tipos de Fusibles
Existen diversos modelos y tamaños, siendo los más utilizados los siguientes, donde se muestran los tamaños de los fusibles y su relación con la intensidad nominal de las bases portafusibles:
Respecto a la intensidad nominal In de las bases portafusibles, si una base portafusibles para fusibles de cuchillas indica, por ejemplo, que es de 160 A, significa que podremos insertar un fusible de cuchillas de tamaño 0, de intensidad nominal hasta 160 A, pero nunca un fusible de intensidad superior.
Fusibles de Cuchillas
Los fusibles de cuchillas, también denominados NH, son fusibles de baja tensión, pero con alto poder de corte o ruptura (PdC).
Poseen un cuerpo aislante cerámico o de baquelita rectangular con cuchillas que actúan como contacto. Los tamaños son 00, 0, 1, 2, 3 y 4.
Se utilizan principalmente para proteger líneas de distribución, acometidas y líneas generales de alimentación, por lo que es habitual encontrarlos en las cajas generales de protección CGP.
Para manipular fusibles NH de forma segura y eficiente, existe una herramienta especializada llamada maneta o manilla. El mecanismo de la maneta se basa en un sistema de enganche que se ajusta a las pestañas de los fusibles NH.
Al colocar la maneta sobre el fusible, sus dientes se acoplan a las pestañas, creando un agarre firme y seguro. De esta manera, el usuario puede manipular el fusible con precisión y sin riesgo de dañarlo.
La maneta extractora de fusibles simplifica enormemente la extracción e inserción de fusibles NH, incluso en espacios reducidos o de difícil acceso. Además, el agarre firme de la maneta evita que el fusible se deslice o se caiga durante la manipulación agilizando el proceso de reemplazo.
A continuación, se muestra el aspecto real de un fusible NH de la marca “Chint”, en el que se observan sus principales parámetros:
Fusibles Cilíndricos
Los fusibles cilíndricos son componentes esenciales en instalaciones eléctricas. Su diseño compacto y su amplia gama de aplicaciones los convierten en una opción habitual para diversos sectores, desde el residencial hasta el industrial.
Se utilizan principalmente para proteger tanto líneas como equipos, por lo que es habitual encontrarlos en cajas de protección y medida CPM, en cuadros generales de protección CGP y en cuadros de distribución para motores.
Su diseño cilíndrico los hace fáciles de instalar en diferentes tipos de bases para fusibles. Fabricados con materiales resistentes, como cerámica y metal, garantizan una alta durabilidad.
Se alojan en bases portafusibles acordes con su tamaño. Sus dimensiones se dan en función del diámetro y la longitud. Los tamaños normalizados son: 00 (8x31), 0 (10x38), 1 (14x51) y 2 (22x58).
Fusibles Tipo DO
Los fusibles tipo DO o de botella, se colocan en una base portafusibles para carril o pletina. Aunque se utilizan en cuadros de distribución, una de sus mayores aplicaciones es la de protección de contadores y derivaciones individuales en las centralizaciones de contadores de los edificios.
Su característica principal es su cuerpo cilíndrico de porcelana o plástico, con dos terminales metálicos en los extremos para la conexión. Los diámetros varían según la corriente nominal, siendo los tamaños DO1, DO2 y DO3.
Se dividen en dos subtipos principales: Neozed y Diazed. Ambos se distinguen por tener una tapa que permite su enroscado en la parte superior de la base portafusibles. Como se extraen mediante rosca, se evita que el operario pueda entrar en contacto con partes activas.
Los Neozed se utilizan en entornos residenciales y oficinas. Los Diazed se suelen utilizar especialmente en los entornos industriales.
Parámetros del Fusible
Los fusibles se caracterizan por una serie de parámetros que determinan su funcionamiento y aplicación adecuada. Es importante conocer estos parámetros en detalle para seleccionar el fusible correcto y garantizar la seguridad y el buen funcionamiento de la instalación eléctrica.
Tensión Nominal del Fusible
La tensión nominal Vn es el valor de tensión máxima de trabajo que el fusible puede soportar. Este valor debe ser igual o superior a la tensión del circuito. Las tensiones nominales para BT son de 230, 400, 500 y 600 V.
Intensidad Nominal del Fusible
La Intensidad nominal In o calibre es la intensidad máxima que el fusible es capaz de soportar sin que produzca la apertura del circuito. Sobrepasado este valor, el dispositivo cortará el circuito en un tiempo determinado.
Se definen 2 intensidades nominales: la intensidad nominal del fusible y la intensidad nominal de la base portafusible.
La intensidad nominal de la base portafusible debe ser SIEMPRE mayor o igual que la intensidad nominal del fusible que se instale.
Si la intensidad nominal de la base portafusible fuera inferior al calibre del fusible, podría circular una corriente que provoque su sobrecalentamiento, poniendo en riesgo la seguridad de la instalación.
Por ejemplo, en una base portafusible de 100 A solo se deben instalar fusibles de 100 A o menos, pudiéndose instalar fusibles de 63 A, 80 A o 100 A, pero nunca fusibles de 125 A o de 160 A.
Los calibres de los fusibles son:
Las intensidades nominales de las bases portafusibles son:
Poder de Corte del Fusible
Es la intensidad máxima que es capaz de cortar el fusible de forma segura para que este siga estando intacto, es decir, sin explosión ni emisión de llama o soldadura. Se expresa en kA.
Los fusibles poseen un poder de corte muy elevado, que suele ser de:
Símbolo del Fusible
Su símbolo representa mediante un hilo dentro de un rectángulo. No se representa la base portafusible.
Curvas de Fusión del Fusible
Estas curvas indican los tiempos de fusión en función de la corriente que pasa por el fusible.
La curva indica que, para valores de la corriente de empleo o de utilización I inferiores a la corriente nominal In, el fusible no funde.
Cuando se supera el valor In hay una zona de incertidumbre entre la corriente convencional de no fusión Inf y la corriente convencional de fusión If en la que no se puede asegurar el tiempo que tardará en fundir.
Si aumenta la corriente hasta superar el valor de la corriente convencional de fusión If se funde en un tiempo máximo según normas (If es similar a I2 en los interruptores automáticos).
A continuación, se muestra una gráfica de fusibles de uso general de un fabricante. En la parte superior están los calibres In de los fusibles, correspondiendo cada curva a un fusible.
En el eje horizontal está la intensidad del circuito, en A o kA, que pasa por el fusible y en el eje vertical el tiempo de fusión, en segundos.
Para usar la gráfica de un fusible, entramos en la gráfica en el eje horizontal con la intensidad y trazamos una vertical hasta que corte con la curva del fusible instalado. En el punto de corte se traza una horizontal y se toma el tiempo de fusión en el eje vertical.
Ejercicio Resuelto del Fusible: Curvas de Fusión
A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto del fusible sobre su gráfica de fusión:
Designación del Fusible
Los fusibles se identifican mediante 2 letras siendo la primera letra en minúscula y la segunda en mayúscula. Básicamente, proporciona información sobre su función principal y el tipo de elemento que está diseñado para proteger.
Primera Letra
La primera letra del fusible, siempre en minúscula, nos indica el rango de corrientes donde se asegura la interrupción del fusible. Puede ser:
– Tipo g: de uso general. Interrumpe todas las corrientes desde su intensidad nominal In hasta su poder de corte PdC. Cortan intensidades de sobrecarga y de cortocircuito.
– Tipo a: de acompañamiento (usado para motores). Interrumpe todas las corrientes desde el valor mínimo indicado en sus características tiempo-corriente hasta su poder de corte PdC. Cortan sólo intensidades de cortocircuito, por lo que deben ir acompañados de otro dispositivo de protección que garantice la protección contra sobrecargas prolongadas.
Segunda Letra
La segunda letra del fusible, siempre en mayúscula, especifica la aplicación particular del fusible, en función del tipo de receptor o circuito que protegerá.
– Tipo G o L (ambas letras indican lo mismo): fusibles para de uso general
– Tipo M: fusibles para protección de motores
– Tipo TR: fusibles para protección de transformadores
– Tipo B: fusibles para protección de líneas de gran longitud
– Tipo R: fusibles para la protección de semiconductores
– Tipo D: fusibles con tiempo de actuación retardado
Para la protección de circuitos en instalaciones de baja tensión, se emplean fundamentalmente estos dos tipos de fusibles:
● Tipo gG o gL: fusibles de distribución de uso general. Para sobrecargas la respuesta de su curva de fusión es lenta, al contrario que en cortocircuitos donde su respuesta es rápida.
● Tipo aM: fusibles de acompañamiento (a) de motor (M). Se utilizan como elementos de protección en líneas de alimentación para motores, cuando la intensidad en el pico de arranque supere 10 veces su intensidad nominal.
La figura adjunta presenta las curvas intensidad-tiempo de dos fusibles de diferente tipo: fusibles gL/gG y fusibles aM, ambos de 2 A y 25 A.
En la figura se aprecia con claridad la diferencia entre los dos tipos de fusibles. Por ejemplo, para el caso de un fusible de In = 2 A, si circula una intensidad de I = 10 A, el fusible gL/gG fundiría antes (t = 0,2 s) que el fusible aM (t = 80 s).
Protección a Sobrecargas del Fusible
El fusible protegerá el cable a sobrecargas siempre que funda antes de que se alcance la máxima temperatura admisible en el conductor
Para la sobrecarga, deberán cumplir las mismas condiciones que para el IA, es decir, se cumplirán 2 condiciones:
Primera Condición a Sobrecargas del Fusible
La intensidad nominal In del fusible debe ser mayor o igual a la intensidad que circula por la línea I (corriente de empleo o de utilización) y, además, la intensidad máxima admisible del conductor en tablas IZ debe ser mayor o igual a la intensidad nominal In, es decir:
Segunda Condición a Sobrecargas del Fusible
La corriente If o I2, que asegura la actuación del fusible para el tiempo convencional (según normas) debe ser inferior a 1,45 veces la intensidad admisible del conductor en tablas IZ, es decir:
El valor If es similar al valor I2 del IA. Para el caso específico de los fusibles del tipo gG/gL, la intensidad convencional de fusión I2 toma los valores siguientes:
● I2 = 1,60 In si In ≥ 16 A
● I2 = 1,90 In si 4 A < In < 16 A
● I2 = 2,10 In si In ≤ 4 A
Ejemplo: Para un fusible tipo gG/gL de In = 50 A, ¿Cómo quedaría la 2ª condición a sobrecargas?
Quedaría así: I2 ≤ 1,45 · IZ ⇒ 1,60 · In ≤ 1,45 · IZ ⇒ In ≤ 0,91 · IZ
De lo cual se deduce que: la corriente admisible del cable IZ debe estar por encima de la corriente nominal In del fusible. En este caso de In = 50 A, IZ debe ser al menos de 54,95 A.
Esto puede hacer que la sección del cable protegido por un fusible deba ser algo superior a la que correspondería si estuviera protegido por interruptor automático.
Ejercicio Resuelto del Fusible: Protección a Sobrecargas
A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto del fusible para saber si protege la instalación de forma correcta contra sobrecargas:
Protección a Cortocircuitos del Fusible
El fusible protegerá de cortocircuitos siempre que se funda antes de que la instalación resulte dañada por efecto térmico o electrodinámico
En la protección de líneas, debe fundir antes de que el cable sufra daños irreversibles. Se cumplirán 2 condiciones:
Primera Condición a Cortocircuitos del Fusible
Se comprobará que el fusible tenga Poder de Corte PdC suficiente. Así, para que un fusible asegure protección a cortocircuito, su poder de corte será como mínimo igual a la corriente de cortocircuito Iccmáx supuesta en el punto donde está instalado (igual que en el IA).
La norma UNE 20-460 admite dispositivos de Poder de Corte inferior a dicha intensidad de cortocircuito, siempre que otro aparato instalado aguas arriba tenga un poder de corte suficiente.
En este caso, deben estar coordinados, y la energía que deje pasar el aparato que despeja el cortocircuito (su valor de I²t), no será superior a la que pueden soportar sin daño el resto de dispositivos aguas abajo y las canalizaciones protegidas por él (valores de I²t o K²S², respectivamente).
Segunda Condición a Cortocircuitos del Fusible
El tiempo de corte de la corriente de cortocircuito en un punto cualquiera del circuito no debe ser superior al tiempo que los conductores tardan en alcanzar su temperatura límite admisible, es decir, se debe cumplir para cualquier Icc previsible, que: tfusible < tconductor.
Respecto al conductor, para cortocircuitos de duración inferior a 5 s, el tiempo máximo de duración del cortocircuito tconductor, durante el que se eleva la temperatura de los conductores desde su valor máximo admisible (en funcionamiento normal) hasta la temperatura límite admisible (de corta duración), se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
donde:
t o tconductor = duración del cortocircuito en segundos
S = sección en mm2 del conductor
I = corriente de cortocircuito efectiva en A, en valor eficaz
K = constante que toma los siguientes valores, siendo:
COBRE ⇒ K = 115 (con PVC) o K = 143 (con XLPE o EPR)
ALUMINIO ⇒ K = 76 (con PVC) o K = 94 (con XLPE o EPR)
Si elevamos toda la fórmula anterior al cuadrado, el conductor alcanzará su temperatura límite admisible en un tiempo:
Respecto al fusible, el tiempo que tarda en fundir el fusible tfusible, se obtiene de su gráfica entrando con la corriente de cortocircuito Icc.
Para evitar que los conductores superen su temperatura límite admisible, el tiempo de corte de la corriente de cortocircuito en cualquier punto del circuito tfusible debe ser inferior al tiempo que tardan en alcanzar dicha temperatura tconductor. Esta segunda condición a cortocircuitos se expresa así:
Esta comprobación debe hacerse 2 veces, para la corriente de cortocircuito Iccmáx en el inicio de la línea y para la corriente de cortocircuito Iccmín en el extremo de esta.
Ejercicio Resuelto del Fusible: Protección a Cortocircuitos
A continuación, se presenta 1 ejercicio resuelto del fusible para saber si protege la instalación de forma correcta tanto a sobrecargas como a cortocircuitos:
Selectividad del Fusible
Para aislar la zona afectada por un fallo eléctrico, los fusibles deben actuar con rapidez, desconectando dicha zona del resto del sistema en el menor tiempo posible, evitando así repercusiones en el resto de la red.
Para lograrlo, es necesario desconectar primero el fusible más cercano al punto de la fallo. Si este fusible no funciona correctamente, debe actuar el siguiente fusible ubicado aguas arriba, y así sucesivamente.
La coordinación entre fusibles se determina gráficamente comparando sus respectivas curvas características de operación. Es fundamental que estas curvas se representen en la misma escala para facilitar su análisis y evitar que se corten o sean tangentes.
En general, es complejo lograr un alto grado de selectividad con los fusibles:
● Selectividad a sobrecargas: en caso de sobrecargas y bajas intensidades de cortocircuito: se requiere una relación mínima de 1:1,6 entre las corrientes nominales de los fusibles que se desea coordinar (aunque se recomienda una relación de 1:2).
● Selectividad a cortocircuitos: en caso de intensidades de cortocircuito muy elevadas: debido a los tiempos de fusión extremadamente cortos, la selectividad solo es posible si los fusibles presentan una diferencia notable en su valor nominal de intensidad.
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