tipos de fusibles

Cada sistema eléctrico funciona con el equilibrio de energía suministrada y consumida. Cuando se aplica voltaje a un circuito eléctrico, se aplica a cierta resistencia en el circuito. Como resultado, según la ley de Ohm, se genera una corriente debido a la acción de la cual se realiza un trabajo.

En el caso de defectos de aislamiento, errores de montaje, modo de emergencia, la resistencia del circuito eléctrico disminuye gradualmente o cae bruscamente. Esto conduce a un aumento correspondiente de la corriente que, al exceder el valor nominal, provoca daños a equipos y personas.

Los temas de seguridad siempre han sido y serán relevantes en el uso de energía eléctrica. Por lo tanto, se presta especial atención constantemente a los dispositivos de protección. Los primeros diseños de este tipo, llamados fusibles, todavía se usan ampliamente en la actualidad.

El fusible eléctrico es parte del circuito de trabajo, se corta en la sección del cable de alimentación, debe soportar de manera confiable la carga de trabajo y proteger el circuito de la aparición de corrientes excesivas.Esta función es la base de la clasificación de la corriente nominal.

De acuerdo con el principio de operación aplicado y el método para romper el circuito, todos los fusibles se dividen en 4 grupos:

1. con eslabón fusible;

2. diseño electromecánico;

3. Basado en componentes electrónicos;

4. Modelos de autorregeneración con propiedades reversibles no lineales tras la acción de sobrecorriente.

enlace activo

Los fusibles de este diseño incluyen un elemento conductor que, bajo la acción de una corriente que excede el valor nominal establecido, se derrite por sobrecalentamiento y se evapora. Esto elimina el voltaje del circuito y lo protege.

Los enlaces fusibles pueden estar hechos de metales como cobre, plomo, hierro, zinc o algunas aleaciones que tienen un coeficiente de expansión térmica que proporciona las propiedades protectoras de los equipos eléctricos.

Las características de calentamiento y enfriamiento de los cables para equipos eléctricos en condiciones de operación estacionaria se muestran en la figura.

El funcionamiento del fusible a la carga de diseño se asegura mediante la creación de un equilibrio de temperatura confiable entre el calor liberado sobre el metal por el paso de una corriente eléctrica operativa a través de él y la eliminación de calor al medio ambiente debido a la disipación.

En caso de modos de emergencia, este equilibrio se altera rápidamente.

La parte metálica del fusible aumenta el valor de su resistencia activa cuando se calienta. Esto da como resultado más calentamiento ya que el calor generado es directamente proporcional al valor de I2R. Al mismo tiempo, la resistencia y la generación de calor vuelven a aumentar. El proceso continúa como una avalancha hasta que se produce la fusión, ebullición y destrucción mecánica de la mecha.

Cuando el circuito se rompe, hay un arco eléctrico dentro del fusible. Hasta el momento de su completa desaparición, pasa por él una corriente peligrosa para la instalación, que cambia según las características que se muestran en la siguiente figura.

El principal parámetro de funcionamiento del fusible es su corriente característica a lo largo del tiempo, que determina la dependencia del múltiplo de la corriente de emergencia (en relación con el valor nominal) del tiempo de respuesta.

Para acelerar el funcionamiento del fusible a bajas tasas de corrientes de emergencia, se utilizan técnicas especiales:

• crear formas transversales variables con áreas de área reducida;

• utilizando el efecto metalúrgico.

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A medida que las placas se estrechan, la resistencia aumenta y se genera más calor. En funcionamiento normal, esta energía tiene tiempo de distribuirse uniformemente por toda la superficie y, en caso de sobrecarga, se crean zonas críticas en lugares estrechos. Su temperatura alcanza rápidamente un estado en el que el metal se derrite y rompe el circuito eléctrico.

Para aumentar la velocidad, las placas están hechas de lámina delgada y se utilizan en varias capas conectadas en paralelo. Quemar cada área de una de las capas acelera la operación de protección.

El principio del efecto metalúrgico.

Se basa en la propiedad de ciertos metales de bajo punto de fusión, por ejemplo el plomo o el estaño, de disolver más cobre refractario, plata y ciertas aleaciones en su estructura.

Para hacer esto, se aplican gotas de estaño a los cables trenzados a partir de los cuales se fabrica el enlace fusible.A la temperatura permitida del metal de los cables, estos aditivos no crean ningún efecto, pero en caso de emergencia se derriten rápidamente, disuelven parte del metal base y aceleran el funcionamiento del fusible.

La efectividad de este método se manifiesta solo en alambres delgados y disminuye significativamente con un aumento en su sección transversal.

La principal desventaja de un fusible es que cuando se activa, debe reemplazarse manualmente por uno nuevo. Esto requiere mantener sus existencias.

Fusibles electromecánicos

El principio de cortar un dispositivo de protección en el cable de alimentación y asegurar su rotura para aliviar la tensión permite clasificar los productos electromecánicos creados para ello como fusibles. Sin embargo, la mayoría de los electricistas los clasifican en una clase separada y los llaman rompedores de circuito o abreviado como máquinas automáticas.

Durante su funcionamiento, un sensor especial controla constantemente el valor de la corriente que pasa. Después de alcanzar un valor crítico, se envía una señal de control al variador: un resorte cargado de una liberación térmica o magnética.

Fusibles de componentes electrónicos

En estos diseños, la función de protección del circuito eléctrico la asumen interruptores electrónicos sin contacto basados ​​en dispositivos semiconductores de potencia de diodos, transistores o tiristores.

Estos se denominan fusibles electrónicos (EP) o módulos de conmutación y control de corriente (MKKT).

Como ejemplo, la figura muestra un diagrama de bloques que muestra el principio de funcionamiento de un fusible de transistor.

El circuito de control de dicho fusible elimina la señal de valor de corriente medida de la derivación resistiva.Se modifica y se aplica a la entrada de la puerta semiconductora aislada. Transistor de efecto de campo tipo MOSFET. 

Cuando la corriente a través del fusible comienza a exceder el valor permitido, la compuerta se cierra y la carga se apaga. En este caso, el fusible cambia al modo de autobloqueo.

Si se usa mucha videovigilancia en el circuito, se vuelve difícil determinar el fusible quemado. Para facilitar su localización, se ha introducido la función de señalización "Alarma", que puede ser detectada por el parpadeo del LED o por la activación de un relé fijo o electromecánico.

Dichos fusibles electrónicos son de acción rápida, su tiempo de respuesta no supera los 30 milisegundos.

El esquema discutido anteriormente se considera simple, se puede ampliar significativamente con nuevas funciones adicionales:

• monitoreo continuo de la corriente en el circuito de carga con la formación de comandos de apagado cuando la corriente supera el 30% del valor nominal;

• apagado de la zona protegida en caso de cortocircuitos o sobrecargas con una señal cuando la corriente en la carga aumenta por encima del 10% del ajuste establecido;

• protección del elemento de potencia del transistor en caso de temperaturas superiores a 100 grados.

Para tales esquemas, los módulos ICKT utilizados se dividen en 4 grupos de tiempo de respuesta. Los dispositivos más rápidos se clasifican como clase «0». Interrumpen corrientes que superan el ajuste en un 50 % durante un máximo de 5 ms, en un 300 % en 1,5 ms, en un 400 % en 10 μs.

Fusibles autorregenerables

Estos dispositivos de protección se diferencian de los fusibles en que después de apagar la carga de emergencia, conservan su operatividad para un uso posterior repetido.Por eso se les llamó autocuración.

El diseño se basa en materiales poliméricos con un coeficiente de temperatura positivo de resistencia eléctrica. Tienen una estructura de red cristalina en condiciones normales y normales y se transforman abruptamente en un estado amorfo cuando se calientan.

La característica de disparo de un fusible de este tipo generalmente se expresa como el logaritmo de la resistencia frente a la temperatura del material.

Cuando un polímero tiene una red cristalina, es bueno, como un metal, para conducir la electricidad. En el estado amorfo, la conductividad se degrada significativamente, lo que garantiza que la carga se apague cuando se produzca un modo anormal.

Dichos fusibles se utilizan en dispositivos de protección para eliminar la ocurrencia de sobrecargas repetidas cuando el reemplazo del fusible o las acciones manuales del operador son difíciles. Es el campo de los dispositivos electrónicos automáticos ampliamente utilizados en tecnología informática, dispositivos móviles, tecnología médica y de medición, y vehículos.

La operación confiable de los fusibles de restablecimiento automático se ve afectada por la temperatura ambiente y la cantidad de corriente que fluye a través de ella. Para su contabilización, se han introducido condiciones técnicas:

• corriente de transmisión, definida como el valor máximo a una temperatura de +23 grados centígrados, que no activa el dispositivo;

• la corriente de operación, como valor mínimo que, a la misma temperatura, conduce a la transición del polímero a un estado amorfo;

• el valor máximo de la tensión de funcionamiento aplicada;

• tiempo de respuesta, medido desde que se produce la corriente de emergencia hasta que se apaga la carga;

• disipación de energía, que determina la capacidad del fusible a +23 grados para transferir calor al medio ambiente;

• resistencia inicial antes de conectarse al trabajo;

• la resistencia alcanza 1 hora después del final de la operación.

Los protectores autorregenerables tienen:

• tamaños pequeños;

• respuesta rápida;

• Trabajo estable;

• protección combinada de dispositivos contra sobrecarga y sobrecalentamiento;

• sin necesidad de mantenimiento.

Variedades de diseños de fusibles.

Dependiendo de las tareas, se crean fusibles para trabajar en circuitos:

• instalaciones industriales;

• electrodomésticos de uso general.

Debido a que operan en circuitos con diferentes voltajes, los gabinetes se fabrican con propiedades dieléctricas distintivas. De acuerdo con este principio, los fusibles se dividen en estructuras que funcionan:

• con dispositivos de bajo voltaje;

• en circuitos de hasta 1000 voltios inclusive;

• en circuitos de equipos industriales de alta tensión.

Los diseños especiales incluyen fusibles:

• explosivo;

• perforado;

• con extinción de arco cuando el circuito se abre en canales estrechos de rellenos de grano fino o la formación de autogás o explosión líquida;

• para vehículos

La corriente de falla limitada de un fusible puede variar desde fracciones de amperio hasta kiloamperios.

A veces, los electricistas, en lugar de un fusible, instalan un cable calibrado en la carcasa. No se recomienda este método porque, incluso con una selección precisa de la sección transversal, la resistencia eléctrica del cable puede diferir de la recomendada debido a las propiedades del metal o la aleación en sí. Tal fusible no funcionará con seguridad.

Un error aún mayor es el uso accidental de "errores" caseros.Son la causa más común de accidentes e incendios en el cableado eléctrico.