Fusibles

Normalmente, la clasificación de ampacidad de un conductor es un límite de diseño de circuito que nunca debe excederse intencionalmente, pero existe una aplicación en la que se espera un exceso de ampacidad:en el caso de fusibles .

¿Qué es un fusible?

Un fusible es un dispositivo de seguridad eléctrica construido alrededor de una tira conductora que está diseñada para derretirse y separarse en caso de una corriente excesiva. Los fusibles siempre están conectados en serie con los componentes a proteger contra sobrecorriente, de modo que cuando el fusible se quema (abre) abrirá todo el circuito y detendrá la corriente a través de los componentes. Un fusible conectado en una rama de un circuito paralelo, por supuesto, no afectaría la corriente a través de ninguna de las otras ramas.

Normalmente, la pieza delgada de alambre fusible está contenida dentro de una funda de seguridad para minimizar los peligros de explosión de arco si el alambre se abre con una fuerza violenta, como puede suceder en el caso de sobrecorrientes severas. En el caso de pequeños fusibles de automoción, la funda es transparente para que el elemento fusible pueda inspeccionarse visualmente. El cableado residencial solía emplear fusibles atornillables con cuerpos de vidrio y una tira de lámina metálica delgada y estrecha en el medio. Aquí se muestra una fotografía que muestra ambos tipos de fusibles:

Los fusibles tipo cartucho son populares en aplicaciones automotrices y en aplicaciones industriales cuando se construyen con materiales de revestimiento distintos al vidrio. Debido a que los fusibles están diseñados para “fallar” al abrirse cuando se excede su corriente nominal, por lo general están diseñados para ser reemplazados fácilmente en un circuito. Esto significa que se insertarán en algún tipo de soporte en lugar de soldarlos o atornillarlos directamente a los conductores del circuito. La siguiente es una fotografía que muestra un par de fusibles de cartucho de vidrio en un portafusibles múltiple:

Los fusibles están sujetos por clips de resorte de metal, y los propios clips están conectados permanentemente a los conductores del circuito. El material base del portafusibles (o bloque de fusibles como a veces se les llama) se elige para ser un buen aislante.

Otro tipo de portafusibles para fusibles de tipo cartucho se usa comúnmente para la instalación en paneles de control de equipos, donde es deseable ocultar todos los puntos de contacto eléctrico del contacto humano. A diferencia del bloque de fusibles que se acaba de mostrar, donde todos los clips de metal están expuestos abiertamente, este tipo de portafusibles encierra completamente el fusible en una carcasa aislante:

El dispositivo más común que se utiliza hoy en día para la protección contra sobrecorriente en circuitos de alta corriente es el disyuntor .

¿Qué es un disyuntor?

Disyuntores son interruptores especialmente diseñados que se abren automáticamente para detener la corriente en caso de una condición de sobrecorriente. Los disyuntores pequeños, como los que se utilizan en servicios residenciales, comerciales e industriales ligeros, funcionan térmicamente. Contienen una tira bimetálica (una tira delgada de dos metales unidos espalda con espalda) que lleva la corriente del circuito, que se dobla cuando se calienta. Cuando la tira bimetálica genera suficiente fuerza (debido al calentamiento por sobrecorriente de la tira), se activa el mecanismo de disparo y se abre el disyuntor. Los interruptores de circuito más grandes se activan automáticamente por la fuerza del campo magnético producido por los conductores que transportan corriente dentro del interruptor, o pueden activarse para dispararse mediante dispositivos externos que monitorean la corriente del circuito (esos dispositivos se denominan relés de protección ).

Debido a que los interruptores automáticos no fallan cuando se someten a condiciones de sobrecorriente, sino que simplemente se abren y se pueden volver a cerrar moviendo una palanca, es más probable que se encuentren conectados a un circuito de una manera más permanente que los fusibles. Aquí se muestra una fotografía de un pequeño disyuntor:

Desde las apariencias externas, parece nada más que un interruptor. De hecho, podría usarse como tal. Sin embargo, su verdadera función es operar como un dispositivo de protección contra sobrecorriente.

Cabe señalar que algunos automóviles utilizan dispositivos económicos conocidos como enlaces fusibles para protección contra sobrecorriente en el circuito de carga de la batería, debido al costo de un fusible y un soporte con la clasificación adecuada. Un eslabón fusible es un fusible primitivo, que no es más que un trozo corto de cable aislado con goma diseñado para fundirse en caso de sobrecorriente, sin revestimiento duro de ningún tipo. Estos dispositivos toscos y potencialmente peligrosos nunca se utilizan en la industria o incluso en el uso de energía residencial, principalmente debido a los mayores niveles de voltaje y corriente que se encuentran. En lo que respecta a este autor, su aplicación incluso en circuitos de automoción es cuestionable.

El símbolo del dibujo esquemático eléctrico de un fusible es una curva en forma de S:

Clasificaciones de fusibles

Los fusibles están clasificados principalmente, como cabría esperar, en la unidad para corriente:amperios. Aunque su funcionamiento depende de la autogeneración de calor en condiciones de corriente excesiva por medio de la propia resistencia eléctrica del fusible, están diseñados para aportar una cantidad insignificante de resistencia adicional a los circuitos que protegen. Esto se logra en gran medida haciendo que el cable fusible sea lo más corto posible. Así como la ampacidad de un cable normal no está relacionada con su longitud (el cable de cobre sólido de calibre 10 soporta 40 amperios de corriente en el aire libre, sin importar qué tan largo o corto sea una pieza), un cable fusible de cierto material y calibre soplará a una cierta corriente sin importar cuánto tiempo sea. Dado que la longitud no es un factor en la clasificación de corriente, cuanto más corto se pueda hacer, menos resistencia tendrá de un extremo a otro.

Sin embargo, el diseñador de fusibles también debe considerar lo que sucede después de que se funde un fusible:los extremos fundidos del cable que alguna vez fue continuo estarán separados por un espacio de aire, con voltaje de suministro completo entre los extremos. Si el fusible no es lo suficientemente largo en un circuito de alto voltaje, es posible que una chispa salte de uno de los extremos del cable fundido al otro, completando el circuito nuevamente:

En consecuencia, los fusibles se clasifican en términos de su capacidad de voltaje, así como el nivel de corriente al que se fundirán.

Algunos fusibles industriales grandes tienen elementos de alambre reemplazables para reducir el gasto. El cuerpo del fusible es un cartucho opaco y reutilizable, que protege el cable del fusible de la exposición y protege los objetos circundantes del cable del fusible.

Hay más en la clasificación actual de un fusible que un solo número. Si se envía una corriente de 35 amperios a través de un fusible de 30 amperios, puede quemar repentinamente o demorar antes de hacerlo, dependiendo de otros aspectos de su diseño. Algunos fusibles están diseñados para quemar muy rápido, mientras que otros están diseñados para tiempos de “apertura” más modestos, o incluso para una acción retardada según la aplicación. Los últimos fusibles a veces se denominan de acción lenta fusibles debido a sus características de retardo de tiempo intencional.

Un ejemplo clásico de una aplicación de fusible de acción lenta es la protección de motores eléctricos, donde inrush corrientes de hasta diez veces la corriente de funcionamiento normal se experimentan comúnmente cada vez que se arranca el motor desde un punto muerto. Si se usaran fusibles de acción rápida en una aplicación como esta, el motor nunca podría arrancar porque los niveles normales de corriente de entrada quemarían los fusibles inmediatamente. El diseño de un fusible de acción lenta es tal que el elemento fusible tiene más masa (pero no más ampacidad) que un fusible de acción rápida equivalente, lo que significa que se calentará más lentamente (pero a la misma temperatura máxima) para cualquier cantidad dada. de corriente.

En el otro extremo del espectro de acción de los fusibles, se encuentran los llamados fusibles semiconductores diseñado para abrirse muy rápidamente en caso de una condición de sobrecorriente. Los dispositivos semiconductores, como los transistores, tienden a ser especialmente intolerantes a las condiciones de sobrecorriente y, como tales, requieren una protección de acción rápida contra sobrecorrientes en aplicaciones de alta potencia.

Se supone que los fusibles siempre deben colocarse en el lado "caliente" de la carga en sistemas que están conectados a tierra. La intención de esto es que la carga se desenergice completamente en todos los aspectos después de que se abra el fusible. Para ver la diferencia entre fusionar el lado "caliente" y el lado "neutral" de una carga, compare estos dos circuitos:

En cualquier caso, el fusible interrumpió con éxito la corriente a la carga, pero el circuito inferior no interrumpe el voltaje potencialmente peligroso de cualquier lado de la carga a tierra, donde una persona podría estar parada. El primer diseño de circuito es mucho más seguro.

Como se dijo antes, los fusibles no son el único tipo de dispositivo de protección contra sobrecorriente que se utiliza. Dispositivos similares a interruptores llamados disyuntores se utilizan a menudo (y más comúnmente) para abrir circuitos con corriente excesiva, su popularidad se debe al hecho de que no se destruyen a sí mismos en el proceso de romper el circuito como lo hacen los fusibles. Sin embargo, en cualquier caso, la colocación del dispositivo de protección contra sobrecorriente en un circuito seguirá las mismas pautas generales enumeradas anteriormente:es decir, "fusionar" el lado de la fuente de alimentación no conectado a tierra.

Aunque la colocación de la protección contra sobrecorriente en un circuito puede determinar el riesgo relativo de descarga de ese circuito en diversas condiciones, debe entenderse que dichos dispositivos nunca fueron diseñados para proteger contra descargas eléctricas. Ni los fusibles ni los disyuntores están diseñados para abrirse en caso de que una persona reciba una descarga eléctrica; más bien, están diseñados para abrirse solo en condiciones de posible sobrecalentamiento del conductor. Los dispositivos de sobrecorriente protegen principalmente a los conductores de un circuito de daños por sobrecalentamiento (y los riesgos de incendio asociados con conductores demasiado calientes) y, en segundo lugar, protegen equipos específicos como cargas y generadores (algunos fusibles de acción rápida están diseñados para proteger dispositivos electrónicos particularmente susceptibles a las sobretensiones actuales). Dado que los niveles de corriente necesarios para una descarga eléctrica o electrocución son mucho más bajos que los niveles de corriente normales de las cargas de energía comunes, una condición de sobrecorriente no es indicativa de que se produzca una descarga. Hay otros dispositivos diseñados para detectar ciertas condiciones de choque (los detectores de falla a tierra son los más populares), pero estos dispositivos cumplen estrictamente ese propósito y no están relacionados con la protección de los conductores contra el sobrecalentamiento.

REVISAR:

• Un fusible es un conductor pequeño y delgado diseñado para fundirse y separarse en dos piezas con el propósito de romper un circuito en caso de una corriente excesiva.
• Un disyuntor es un interruptor especialmente diseñado que se abre automáticamente para interrumpir la corriente del circuito en caso de una condición de sobrecorriente. Pueden ser "disparados" (abiertos) térmicamente, por campos magnéticos o por dispositivos externos llamados "relés de protección", según el diseño del interruptor, su tamaño y la aplicación.
• Los fusibles se clasifican principalmente en términos de corriente máxima, pero también se clasifican en términos de cuánta caída de voltaje soportarán de manera segura después de interrumpir un circuito.
• Los fusibles se pueden diseñar para que funcionen rápido, lento o en cualquier punto intermedio para el mismo nivel máximo de corriente.
• El mejor lugar para instalar un fusible en un sistema de energía con conexión a tierra es en la ruta del conductor sin conexión a tierra a la carga. De esa manera, cuando se funde el fusible, solo el conductor conectado a tierra (seguro) seguirá conectado a la carga, lo que hará que sea más seguro para las personas estar cerca.

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo de protección contra sobrecorriente