Características fundamentales a) Capacidad de Ruptura: Es el valor máximo de la corriente de cortocircuito que puede interrumpir a su tensión nominal.

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1 Características fundamentales a) Capacidad de Ruptura: Es el valor máximo de la corriente de cortocircuito que puede interrumpir a su tensión nominal. Se expresa en kA B) Corriente Nominal: Es aquella que puede soportar indefinidamente sin que el calentamiento de sus diversas partes exceda los valores fijados por norma. c) Tiempo de interrupción: La duración total de la interrupción de un corto circuito comprende la suma de dos tiempos, el tiempo de fusión t1 y el tiempo de extinción del arco t2. La figura 1 siguiente ilustra estos tiempos. CARACTERISTICAS

2 FIG. 1 TIEMPOS INVOLUCRADOS EN UN FUSIBLE

3 Clasificación de Fusibles a)De acuerdo a la forma de la fusión: 1) De fusión libre: Los productos de la fusión son evacuados a la atmósfera. 2) De expulsión: El elemento fusible se encuentra dentro de un tubo relleno de material inerte (ácido bórico). 3) De fusión encerrada: El elemento fusible se encuentra encerrado, por lo que los productos de la fusión quedan confinados. CLASIFICACION

4 b) Según el nivel de tensión: Los fusibles encargados de proteger a los sistemas eléctricos en cada una de las etapas que lo componen, se dividen según su voltaje nominal de la siguiente manera: Fusibles de Baja Tensión. Muchos tipos de fusibles para baja tensión son clasificados e identificados para ser usados en circuitos de 32, 125, 250, 300 y 600 volts. Según la norma chilena NCh2025/1.Of87, los fusibles de baja tensión son aquellos cuya tensión nominal no excede de 1000 volts en corriente alterna, o 1500 volts en corriente continua CARACTERISTACAS POR TENSION

5 c) Según su capacidad de ruptura: 1) De baja capacidad 2) De media capacidad 3) De alta capacidad d) De acuerdo a la característica energética: 1) Fusible retardado o no limitador de corriente 2) Fusible limitador de corriente CLASIFICACION

6 d) De acuerdo a la característica energética: 1) Fusible retardado o no limitador de corriente 2) Fusible limitador de corriente El fusible limitador de corriente permite que una determinada cantidad de energía pase al punto cortocircuitado; el fusible retardado o no limitador no limita la corriente, ni la energía. La cantidad de energía se expresa como I² t, así un fusible limitador de corriente posee un valor bien definido de energía, en cambio un fusible retardado no tiene dicha característica. Para un fusible retardado, el tiempo de despeje de un cortocircuito es la suma del tiempo de fusión más el de extinción del arco, por lo que el fabricante proporciona las curvas del tiempo total de despeje. La cantidad de energía que entra al sistema será siempre I² t, pero un valor no definido y normalmente mayor que el correspondiente a un fusible limitador de la misma capacidad nominal de corriente. CARACTERÍSTICA ENERGÉTICA

7 Para un fusible limitador de corriente el tiempo de despeje del cortocircuito es variable, pero la energía que pasa al sistema está limitada. Se distinguen también el tiempo de fusión y el tiempo de extinción del arco, pero ellos son función de la energía que puede pasar por el fusible. Las normas indican el valor I² t para la duración total del cortocircuito. La figura 2, que tiene la misma forma de la figura 1 ilustra el comportamiento de un fusible limitador de corriente.

8 FIG. 2 COMPORTAMIENTO DE UN FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE

9 Para fusibles limitadores de corriente es importante considerar que: La energía I² t durante la fusión no varía con el voltaje. La energía I² t durante el arco es dependiente del voltaje A partir de las curvas características de fusibles limitadores, entrando en ellas con el valor RMS de la corriente asimétrica de corto circuito, se determina la corriente peak instantánea en el fusible limitador (esto es, el valor de la corriente limitada máxima), esta corriente en inglés se denomina “Let - Trough Current”. En la figura 3 siguiente se ilustra un ejemplo: TIPO DE FUSIBLES

10 FIGURA 3 CARACTERÍSTICA DE LIMITACIÓN DE CORRIENTE PARA FUSIBLE LIMITADOR

11 FIGURA 4 REPRESENTACIÓN DE LAS CORRIENTES RMS Y PICOS, INDICADAS EN LA FIGURA 3, EN LA ONDA DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO PARA UN FUSIBLE LIMITADOR

12 FIGURA 5 CLASIFICACIÓN GENERAL DE FUSILES DE BAJA Y MEDIA TENSIÓN

13 De la clasificación general anterior es de interés referirse a los fusibles más usuales de baja tensión, y luego a los de media tensión. a) Fusibles no limitadores de corriente de BT (hasta 600 V). Son los denominados tipos “H”; interrumpen corrientes de falla en forma segura hasta unos 10.000 A, pero sin limitación de la corriente. b) Fusibles Limitadores de corriente. Son fusibles de propósitos especiales, los más usuales son los clase J, K, L, R y T.

14 Clase J: Corriente nominal hasta 600 A. Interrumpen corrientes hasta 20.000 A. Clase K: Poseen 3 designaciones: K-1, K-5 y K-9. Cada subclasificación tiene límites específicos de corriente peak y valores I² t. Tienen retardo de tiempo de 10 segundos para 5 veces la corriente nominal (5IN x 10 Seg.). La capacidad de interrupción según el tipo es de 50 kA, 100 kA y 200 kA, respectivamente. Clase L: Son ampliamente utilizados; están disponibles en capacidades de 601 A a 6.000 A. Tienen capacidad de interrupción de hasta 200 kA. Clase R: Son para voltaje de 250 V y 600 V. Se subclasifican en RK – 1 y RK – 2. Su capacidad nominal de corriente es hasta 600 A. Son de “acción retardada” y conducen hasta el 50% de la corriente nominal durante al menos 10 seg. Clase T: Están diseñados para ser utilizados en instalaciones compactas. Se fabrican en los rangos de voltaje de 250 V y 600 V. Su capacidad de interrupción se incrementa llegando hasta los 200 kA. Su corriente nominal es hasta 6.000 amperes.

15 TABLA 1 VALORES ESTÁNDAR DE CORRIENTE EN AMPERES PARA FUSIBLES DE BAJA TENSIÓN

16 Normas Nacionales e Internacionales referentes a Fusibles Eléctricos. Como se ha mencionado anteriormente, los fusibles eléctricos son dispositivos utilizados en todo el mundo. Los fabricantes de estos elementos de protección, deben regirse y respetar ciertas normas, las cuales indican los procedimientos que se ajustan a la forma como se debe realizar la fabricación. Además, estas normas indican las reglas que determinan las dimensiones, composición y demás características que han de tener estos dispositivos de protección.

17 A continuación, se mencionan algunas normas chilenas e internacionales aplicables a fusibles. NCh 4005.a74 Electrotecnia. Fusibles para Intensidades hasta 10 amperes. NCh 2025/1.Of87 Fusibles de baja tensión - parte 1: Requisitos Generales. ANSI C37.43-1969 Specifications for distribution fuse links for use in distribution enclosed, open and open-link cutouts. ANSI/UL 198 B,C,D,E,H Class Fuses. ANSI/NEMA FU 1-1986 Low Voltage Cartridge Fuses. ANSI C37.42-1981 Specifications for distribution cutouts and fuse links. BS88: Part 1:1975 Cartridge fuses for voltages up to and including 1000Vac and 1500Vdc. BS88 4265:1968 Cartridge fuse links for miniature fuse. IEC-127-2 Fuse-Links. IEC 269-2 Low-Voltage Fuses. IEC 282-1 High voltage fuses. NEMA Type “2” Motor Starter Protection fuse guide. UL 198B Standard Safety.

18 Sigla Organismo IEC: International Electrotechnical Comisión. ANSI: American National Standards Institute. UL: Underwriters Laboratories Inc. NEMA: National Electrical Manufacturers Association. BS88: British Standard.

19 FUSIBLES CORTACIRCUITOS DE BAJA TENSIÓN Los cortacircuitos fusibles son el medio más antiguo de protección de los circuitos eléctricos y se basan en la fusión por efecto de Joule de un hilo o lámina intercalada en la línea como punto débil. Los cortacircuitos fusibles o simplemente fusibles son de formas y tamaños muy diferentes según sea la intensidad para la que deben fundirse, la tensión de los circuitos donde se empleen y el lugar donde se coloquen. El conductor fusible tiene sección circular cuando la corriente que controla es pequeña, o está formado por láminas si la corriente es grande. En ambos casos el material de que están formados es siempre un metal o aleación de bajo punto de fusión a base de plomo, estaño, zinc, etc.

20 Fundamentalmente encontraremos dos tipos de fusibles en las instalaciones de baja tensión: gl (fusible de empleo general) aM (fusible de acompañamiento de Motor) Los fusibles de tipo gl se utilizan en la protección de líneas, estando diseñada su curva de fusión "intensidad-tiempo" para una respuesta lenta en las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos. Los fusibles de tipo aM, especialmente diseñados para la protección de motores, tienen una respuesta extremadamente lenta frente a las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos. Las intensidades de hasta diez veces la nominal (10 In) deben ser desconectadas por los aparatos de protección propios del motor, mientras que las intensidades superiores deberán ser interrumpidas por los fusibles aM.

21 La intensidad nominal de un fusible, así como su poder de corte, son las dos características que definen a un fusible. La intensidad nominal es la intensidad normal de funcionamiento para la cual el fusible ha sido proyectado, y el poder de corte es la intensidad máxima de cortocircuito capaz de poder ser interrumpida por el fusible. Para una misma intensidad nominal, el tamaño de un fusible depende del poder de corte para el que ha sido diseñado, normalmente comprendido entre 6.000 y 100.000 A.

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23 Un gran inconveniente de los fusibles es la imprecisión que tiene su curva característica de fusión frente a otros dispositivos que cumplen el mismo fin, tales como los interruptores automáticos. Esto equivale a decir que la banda de dispersión de los fusibles es mayor que la de los interruptores automáticos, pese a que el fabricante solamente facilita la curva media de los fusibles. Otro inconveniente de los fusibles es la facilidad que tienen de poder ser usados con una misma disposición de base, hilos o láminas no adecuadas. Así mismo, la independencia de actuación de los fusibles en una línea trifásica supone un serio problema, ya que con la fusión de uno de ellos se deja a la línea a dos fases, con los inconvenientes pertinentes que ello conlleva.

24 La selectividad entre fusibles es importante tenerla en cuenta, ya que de ello dependerá el buen funcionamiento de los circuitos. Idéntico problema se nos presentara con la selectividad de los interruptores automáticos. Entre la fuente de energía y el lugar de defecto suele haber varios aparatos de protección contra cortocircuitos. Para desconectar la zona afectada, es necesario que los fusibles reaccionen de forma selectiva, es decir, debe desconectar primero el fusible más próximo al lugar de defecto. Si por alguna causa este fusible no responde correctamente, debe actuar el siguiente, y así sucesivamente.

25 La selectividad entre dos fusibles se determina gráficamente mediante la comparación de ambas características de disparo; para ello, las curvas, a la misma escala, no deben cortarse ni ser tangentes. Esto es cierto en el caso de sobrecargas y pequeñas intensidades de cortocircuito, pero no lo es en el caso de intensidades muy grandes de cortocircuito, ya que aquí los tiempos de fusión son extremadamente cortos y solamente es posible la selectividad en fusibles con una notable diferencia de valor nominal de la intensidad. Según la norma VDE 0636, los fusibles cuyas intensidades nominales se encuentren en la relación 1:1.6, deben de poder desconectar de forma selectiva. La norma CEI 269-2, no es tan exigente, y dice que sólo los fusibles cuyas intensidades nominales estén en la relación 1:2 pueden desconectar de forma selectiva.

26 INTENSIDAD NOMINAL MÍNIMA ADMISIBLE EN UN FUSIBLE aM La intensidad nominal mínima del fusible de protección de un motor se determina a partir de la intensidad de arranque y del tiempo de arranque del mismo. En un arranque normal un fusible no debe fundir ni envejecer. En los motores de jaula (arranque directo) la intensidad de arranque es aproximadamente de 4 a 8 veces la intensidad nominal. El tiempo de arranque depende del par de giro del motor y del momento de inercia de todas las masas a acelerar; este tiempo suele estar comprendido entre 0,2 y 4 segundos, pudiendo ser mayor en casos especiales de "arranque difícil".

27 En los motores de anillos rozantes y motores de jaula con arranque estrella- triángulo, la intensidad de arranque suele estar comprendida entre 1,1 y 2,8 veces la intensidad nominal. El tiempo de arranque en estos casos varía muy ampliamente. Para tiempos de arranque de hasta 5 segundos, la intensidad nominal del fusible puede ser igual a la intensidad nominal de empleo del motor, pero para valores iguales o superiores es conveniente determinar la intensidad nominal del fusible, teniendo en cuenta las curvas características intensidad- tiempo de arranque del motor y del relé térmico de protección. Seguidamente veamos el caso de un motor cuya intensidad de arranque es seis veces el valor nominal y el tiempo es de cinco segundos.

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29 La intensidad nominal mínima del fusible la podemos obtener mediante la intersección de dos líneas, la determinada por el tiempo de arranque tA y la correspondiente a 0,85 de la intensidad nominal IA. El punto así determinado nos marca el límite inferior de la banda de dispersión del fusible, por lo tanto el fusible elegido deberá pasar por encima de este punto. Observando la curva característica de la protección térmica F1 y la curva característica del fusible elegido F2, podremos observar cómo la actuación de relé térmico se extiende hasta diez veces la intensidad nominal (intersección de F1 con F2), y a partir de este valor será el fusible el encargado de proteger el motor.

30 CÁLCULO DE FUSIBLES DE UNA INSTALACIÓN ELÉCTRICA EN BAJA TENSIÓN Los fusibles sirven para proteger las líneas eléctricas contra: - Sobrecargas: intensidades superiores a las nominales para las que se diseñan las líneas y que de mantenerse un período de tiempo más o menos largo acaban con ellas por sobrecalentamiento. - Cortocircuitos: intensidades muy altas, casi instantáneas, que deterioran rápidamente las líneas. Los fusibles o cortacircuitos no 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 sobrecargas o cortocircuitos, sea la parte que más se caliente y, por tanto, la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno.

31 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. Los cartuchos fusibles son protecciones desechables, cuando uno se funde se sustituye por otro en buen estado. Encontramos fusibles en: - Las CGP (o en el cuadro de baja tensión del centro de transformación) - Antes de los contadores, al inicio de la derivación inicial

32 En las instalaciones interiores, estos elementos no se emplean, en su lugar se utilizan interruptores magnetotérmicos, que sirven para proteger contra estos mismos defectos de funcionamiento de una instalación eléctrica, con la ventaja de que cuando actúan basta rearmar el mecanismo que ha actuado, sin necesidad de proceder a recambiar ningún elemento como en los fusibles. Cuando diseñamos los fusibles, lo que realmente hacemos es determinar su intensidad nominal. Para ello hay que verificar el cumplimiento de dos condiciones lo que puede suponer tener que aumentar la sección de los conductores ya dimensionados

33 Diseño de fusibles A continuación, se explica la aplicación de las dos condiciones que se deben cumplir los fusibles de la línea que se pretende proteger CONDICIÓN 1: Ib ≤ In ≤ Iz Esta condición indica físicamente que el fusible debe dejar pasar la corriente necesaria para que la instalación funcione según la demanda prevista, pero no debe permitir que se alcance una corriente que deteriore el cable, concretamente, su aislamiento, que es la parte débil. Ib: corriente de diseño del circuito correspondiente.

34 La intensidad de diseño se calcula a partir de las fórmulas 1: La potencia será la correspondiente al tramo de la instalación que estemos protegiendo. In: corriente nominal del fusible

35 Los valores normalizados de fusibles son los que se muestran en la Tabla I: Iz: corriente máxima admisible del conductor protegido Se obtiene con la Tabla A.52-1 BIS (UNE 20.460 -5-523:2004)2.

36 CONDICIÓN 2: If ≤ 1,45 * Iz Esta desigualdad expresa que en realidad los cables eléctricos pueden soportar sobrecargas transitorias (no permanentes) sin deteriorarse de hasta un 145% de la intensidad máxima admisible térmicamente y sólo entonces los fusibles han de actuar, fundiéndose cuando, durante el tiempo convencional se mantiene la corriente convencional de fusión. If: corriente que garantiza el funcionamiento efectivo de la protección

37 Se obtiene de la Tabla II: Iz: corriente máxima admisible del conductor protegido Se obtiene con la Tabla A.52-1 BIS (UNE 20.460 -5-523:2004).

38 Ejemplo de diseño Calcular los fusibles que protegen una Línea General de Alimentación de las siguientes características: Potencia trifásica a instalar de 125.335 W, 380 V, fp =0,94 Sección del conductor de fase preseleccionado: cobre de 95 mm2, aislación de PVC3

39 Aplicando la CONDICIÓN 1, vemos que en la Tabla I. Intensidades Nominales normalizadas de los fusibles de BT, no existe fusible normalizado que entre en la desigualdad: Ib ≤ In ≤ Iz 201 A ≤ In ≤ 224 A La única posibilidad es aumentar el valor de Iz, para lo que tenemos que aumentar la sección de las fases. De la Tabla A.52-1 BIS (UNE 20.460 -5- 523:2004) seleccionamos la sección siguiente, la de 120 mm2, con una Iz = 260 A. Esta sección permite cumplir la desigualdad, escogiendo un fusible de intensidad nominal 250 A. 201 A ≤ In=250A ≤ Iz =260 A ------ SE CUMPLE

40 Ahora hay que comprobar la CONDICIÓN 2 del fusible: If ≤ 1,45 * Iz En la Tabla II, el fusible elegido en la CONDICIÓN 1, de In = 250 A, está en el intervalo [160, 400] A y, por tanto, la intensidad que por fabricación normalizada funde, al cabo de 3 horas de funcionamiento en esas condiciones, es de 1,6 veces su In, queda: 1,6*250 A ≤ 1,45*260 A 400 A ≤ 377 A ----- NO SE CUMPLE

41 De nuevo es necesario aumentar la sección del conductor para cumplir esta condición, y pasar a la sección siguiente de 150 mm2, con una Iz = 299 A, con la que: 1,6*250 A ≤ 1,45*299 A 400 A ≤ 433,5 A ------ SE CUMPLE Finalmente, el fusible que debo elegir es de In = 250 A, y habrá que redimensionar las secciones de los conductores de fase de la LGA, quedando éstos de 150 mm2.

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