FUSIBLES DE MEDIA Y ALTA TENSION

Los fusibles o cortacircuitos, son más que una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno.

Los fusibles son los dispositivos de sobrecorriente más baratos y simples que se utilizan en la protección de redes de distribución. Al mismo tiempo son uno de los más confiables, dado que pueden brindar protección un tiempo muy prolongado (por arriba de 20 años) sin estar sujeto a tareas de mantenimiento.

Antiguamente los fusibles eran finos hilos de cobre o plomo, colocados al aire, lo cual tenía el inconveniente de que al fundirse saltaban pequeñas partículas incandescentes, dando lugar a otras averías en el circuito.

Actualmente la parte o elemento fusible suele ser un fino hilo de cobre o aleación de plata, o bien una lámina del mismo metal para fusibles de gran intensidad, colocados dentro de unos cartuchos cerámicos llenos de arena de cuarzo, con lo cual se evita la dispersión del material fundido; por tal motivo también se denominan cartuchos fusibles.

El cortacircuito fusible

El cortacircuito fusible, o simplemente fusible, fue el primer elemento de protección que se inventó en los albores de la electrotecnia, y aún continúa siendo adoptado en las instalaciones eléctricas modernas. Básicamente está formado por una lámina o alambre calibrado, que se denomina elemento fusible, contenido en un cartucho fusible removible y emplazado en una base o soporte portafusible, que lo permite conectar en serie con el circuito a proteger.

El elemento fusible se construye de manera que tenga un punto de fusión menor que los conductores de la instalación protegida, y habitualmente se disponen varios sectores más estrechos, en los que se obtiene una mayor densidad de corriente. Por lo tanto, cuando circula una sobrecorriente determinada, el calor generado por efecto Joule funde los estrechamientos del elemento e interrumpe el circuito. Una vez eliminada la causa de la sobrecorriente, para reponer el circuito debe instalarse un elemento fusible nuevo.

Construcción de los fusibles

La construcción de los fusibles comprende una gran variedad de modelos, con distintos tamaños, formas y métodos de montaje; y para ser utilizados con diferentes gamas de tensión, corriente y tiempos de actuación.

- Fusibles con montaje a rosca.

- Cuchilla o cilíndricos.

- Fusibles de acción rápida o retardada.

- Fusibles de alta capacidad de ruptura, etc.

En ciertos casos, se fabrican en distintos tamaños, para evitar la instalación errónea de fusibles de características diferentes a las necesarias. Además, en algunos modelos se dispone una base portafusible diseñada para operar como seccionador en vacío o bajo carga, maniobrando simultáneamente los fusibles de las distintas fases.

Nomenclatura

Se llama Ifa la intensidad a la cual ha de fundir un fusible, se diferencian en la intensidad que ha de atravesarlos para que fundan en un segundo.

- Los fusibles lentos funden en un segundo para I = 5 If

- Los fusibles rápidos funden en un segundo para I = 2,5 If

- Los de acompañamiento funden en un segundo para I = 8 If

Los fusibles de acompañamiento (aM) se fabrican especialmente para la protección de motores, debido a que aguanten sin fundirse las puntas de intensidad que estos absorben en el arranque. Su nombre proviene ya que estos han de ir acompañados de otros elementos de protección, como son generalmente los relés térmicos.

Cada cartucho fusible tiene en realidad unas curvas de fusión, que pueden diferir algo de las definiciones anteriores, dadas por los fabricantes. En la figura, se muestra algunos tipos de cartuchos fusibles, así como unas curvas de fusión orientativas, de los tres tipos existentes.

Curvas de tiempo mínimo y máximo de fusión

La curva de mínimo tiempo de fusión se elabora mediante tests eléctricos. La magnitud de la corriente y el tiempo que toma para fundir son registrados y plotteados. Luego se traza una curva ajustada a los puntos obtenidos representando una curva promedio de fusión. Luego se substrae el 10% a los tiempos, y la curva obtenida así se denomina “, de tiempo mínimo”.

Curva de tiempo

Sin embargo, el fusible tiene un tiempo de formación del arco asociado con el. Este tiempo es el que toma el fusible para interrumpir el circuito luego de que el fusible funda y se obtiene así mismo por test. Los tiempos de arco, los cuales se registran para diferentes magnitudes de corriente, se suman al “máximo tiempo de fusión” (110% del tiempo promedio de fusión). La curva resultante se denomina “de tiempo total de despeje”. Estas dos curvas son los extremos de las características del fusible y son las curvas publicadas por los fabricantes.

Función de los fusibles de alta tensión

La función del fusible o cortacircuito de alta tensión es interrumpir el suministro a una instalación o parte de ella por la fusión de una de sus partes constitutivas, (Siendo esta la lámina del fusible) cuando la corriente que circula por éste excede un valor pre-tablecido, en un tiempo dado, diseñados para las diferentes potencias de alta tensiones.

Fusible de alta tensión

Cumpliendo así con su función principal que es la de proteger los generadores, transformadores, redes y demás componentes de un sistema eléctrico. Un fusible seleccionado en forma adecuada debe abrir el circuito por destrucción del elemento fusible, eliminando el arco establecido durante la destrucción y luego mantener las condiciones del circuito abierto con tensión nominal aplicada en sus terminales, es decir que no haya arco a lo largo del elemento fusible. A pesar de que el fusible es simple en apariencia su función es compleja. Para que actúe en forma adecuada debe:

- Censar las condiciones tratando de proteger

- Interrumpir la corriente rápidamente

- Coordinar con otros dispositivos de protección

Condiciones que deben cumplir los fusibles de AT

(AT) Alta tensión

- Enfriar el metal vaporizado.

- Absorber el vapor metálico condensa.

- Extinguir el arco que pueda mantenerse en el vapor metálico conductor. La presencia de este polvo es la que confiere al fusible su alto poder de ruptura en el caso de cortocircuitos bruscos.

- Alta rigidez mecánicas.

- Brindar una buena estabilidad eléctrica para un el funcionamiento del sistema en buen estado.

- Ser resistentes a los cambios atmosféricos.

- Condiciones técnicas y garantías de seguridad en Centrales, y Subestaciones y Centros de transformación.

Criterio para selección de los fusibles

El criterio de selección se apoya básicamente en la UNE 21-122 “Guía de aplicación para la elección de fusibles de alta tensión destinados a utilizarse en circuitos con transformadores”, si bien se han tomado en consideración otros aspectos como la utilización de una gama reducida de calibres para los centros con propiedad con objeto de optimizar el stock, la coordinación con relés o fusibles de derivación, aguas arriba o la utilización de un calibre mínimo de 12K para fusibles de expulsión debido a la fusión intempestiva de los calibres bajos por descargas atmosféricas, entre otros.

Para la selección de un fusible tenemos que tener presente los siguientes conocimientos:

1. Tensión y nivel de aislamiento

2. Tipo de sistema

3. Máximo nivel de cortocircuito

4. Corriente de carga

La corriente nominal

La corriente nominal del fusible debe ser mayor que la máxima corriente de carga. Debe permitirse un porcentaje de sobrecarga de acuerdo a las condiciones del equipo protegido. En el caso de transformadores de potencia, los fusibles deben ser seleccionados de tal forma que su característica tiempo-corriente este por arriba de la curva de energización (inrush) y por debajo de su límite térmico.

La tensión nominal

La tensión nominal del fusible se determina a partir de las siguientes características:

- Tensión máxima de fase o de línea.

- Tipo de puesta a tierra.

- Número de fases (tres o una).

Tierra

Las características del sistema determinan la tensión vista por el fusible en el momento en que interrumpe la falla. Tal tensión debe ser igual o menor que la tensión nominal del fusible. Por lo tanto, debe aplicarse los siguientes criterios:

- En sistemas aislados, la tensión nominal debe ser igual o mayor que la tensión máxima de línea.

- En sistemas trifásicos puestos a tierra, para cargas monofásicas, la tensión nominal debe ser igual o mayor que la máxima tensión de fase y para cargas trifásicas la tensión nominal es seleccionada en base a la tensión de línea.

Selección de la capacidad de cortocircuito de los fusibles

La capacidad de cortocircuito del fusible debe ser igual o mayor que la corriente de falla trifásica calculada en el punto de instalación del fusible.

Laminas de fusibles de alta tensión

Láminas fusibles tipo universal

Las láminas fusibles son dispositivos de protección contra sobre corrientes; se denominan Tipo Universal ya que su ínter cambiabilidad tanto mecánica como eléctrica, esta normalizada para todos los fabricantes.

Láminas de fusibles

En los tipos H.K. y T. desde 1 amperios. Hasta 200 amperios., en 15 y 34.5 KV. Las láminas fusibles mantienen inalterables durante el servicio, sus características de tiempo-corriente de acuerdo con las curvas normalizadas. Su temperatura de trabajo es baja; para atender el objetivo de estabilidad de propiedades, se utiliza en el elemento fusible, metales o aleación.

Tipos específicos de láminas para fusibles de AT

Tipos de láminas fusibles para alta tensión de acuerdo a su tiempo de respuesta: h, k y t. Estas podrán entregarse en botón fijo y botón removible de 15.0 kv. y 34.5 kv.

- Tipo h: las láminas fusible tipo h presentan una relación de tiempo - corriente más rápida que el tipo k en el corte y en perturbaciones bruscas.

- Tipo k: las láminas fusibles tipo k se fabrican cumpliendo con las normas nacionales e internacionales para los valores máximos y mínimos: 300, 10 y 0,1 segundos, atendiendo en estas, especificaciones técnicas y los valores normalizados para lograr una intercambiabilidad adecuada. Los fusibles tipo k se clasifican dentro de los rápidos.

- Tipo t: las láminas fusibles tipo t se fabrican cumpliendo con las normas nacionales e internacionales para los valores máximos y mínimos: 300, 10 y 0,1 segundos, atendiendo en estas, especificaciones técnicas y los valores tiempo corriente normalizados para lograr al igual que los tipo k una intercambiabilidad adecuada. Los fusibles tipo t se clasifican dentro de los lentos o retardados.

Clasificación de los fusibles según la corriente y el tiempo de desconexión

Principales tipos de fusibles de AT

La diferencia entre fusibles está determinada por la relación de velocidad, la cual se define como la relación entre las corrientes de fusión para 0.1 s y 300 s en fusibles hasta 100 A y 01 s y 600 s en fusibles por arriba de 100 A. Por ejemplo, un fusible T de 6 A tiene una corriente de fusión de 130 A para 0.1 s y 12 A para 300 s lo que resulta en una relación de velocidad de 10.8.

Tipos de porta fusibles AT

Tipos de fusibles AT

Los fusibles lentos tienen una relación de velocidad entre 10.0 y 13.0. Los fusibles rápidos tienen una relación de velocidad entre 6.0 y 8.1.

Tipos de fusibles que existen hoy en día en el mercado según normas AYEE, ANSI C.37.40, 41, 42, 46,47 y 48, IRAM 2400, NIME y NEMA:

- Fusible tipo K: Conducen hasta 150% de su In sin daños (relación de velocidades 6 a 8).

- Fusibles Tipo T: Más lentos que los K (relación de velocidad 10 a 13).

- Fusible tipo Std: Intermedia entre los K y T; son permisivos a las fluctuaciones de corriente (relación de velocidad 7 a 11).

- Fusible Tipo H: Conducen hasta el 100% de su In sin daño; tienen característica de fusión muy rápida (relación de velocidad 7 a 11).

- Fusible Tipo N: Conducen hasta el 100% de su In sin daños. Son más rápidos aún que los H

- Fusible Tipo X: Provistos de un elemento dual; son permisivos a las fluctuaciones de la corriente (relación de velocidad 32).

- Fusible Tipo Sft: Provisto de elemento dual; no actúan ante fallas temporarias en trafos.

- Fusibles Tipo MS o KS: Respuesta ultralenta y mayor permisividad de corriente que los T; bueno como protección de línea (relación de velocidad 20).

- Fusibles Tipo MN241 AYEE: Conducen hasta el 130% de su In sin daños; poseen un resorte extractor necesario en los seccionadores MN241 AYEE.

- Fusibles tipo DUAL: son fusibles extralentos, cuya relación de velocidad es de 13 y 20 (para 0.4 y 21 amperios, respectivamente).

Para satisfacer requerimientos especiales tales como la protección primaria de trafos de distribución, se han desarrollado fusibles por debajo de 10 A. Fusibles de 1, 2, 3, 5 y 8 A están dentro de esta categoría. Estos fueron diseñados específicamente para proveer protección contra sobrecargas y evitar operaciones innecesarias durante corrientes transitorias de corta duración asociadas con el arranque de motores y descargas

Relación de velocidad

Es la relación entre la corriente de fusión a 0.1 segundos y la de 300 segundos. (Para fusibles de capacidad mayor a 100 amperios, se toma el valor de 600 segundos.)

Fusibles limitadores de corriente asociados para AT hasta 36 kV

Se trata de fusibles de alto poder de ruptura para la protección de centros de transformación, generalmente de tipo interior, de potencia igual o inferior a 1000 kVA y como forma de integración de las derivaciones particulares a la red subterránea. Estos fusibles deben cumplir con la norma UNE EN-60282-1 “Fusibles limitadores de corriente para alta tensión” y la NI 75.06.31 “Fusibles limitadores de corriente asociados para AT hasta 36 kV”.

Fusible de expulsión

Están diseñados para uso exterior exclusivamente. Los fusibles CXP están disponibles para tensiones de 8 kV, 15/20 kV y 25 kV. La aplicación principal de los fusibles CXP es proteger unidades individuales de condensadores en equipos estándar de intemperie. Estos fusibles tienen una capacidad energética de 30.000 Julios en paralelo. No son aplicables normalmente para más de 20.000 Julios de energía en paralelo, equivalentes a 6000 kVAR.

Características asignadas.

- Tensión nominal (kV) 8 - 25

-Intensidad nominal (A) 100