Conceptos importantes de Electricidad y de aparatos eléctricos Fusibles El fusible es un dispositivo protector, cuyo principio de interrupción se basa inicialmente en la fusión de un elemento conductor. Una vez iniciado el proceso de fusión, se produce el arco eléctrico dentro del fusible, siendo posteriormente apagado por medio del material de relleno. Todo el fenómeno de interrupción se efectúa sin manifestación externa alguna, por lo que normalmente el usuario no se da cuenta de la energía que ha manejado el fusible. Los principales tipos de fusible de alta capacidad de ruptura son los tipos NH, HH, cilíndricos, D y DO, cuyas dimensiones, tipos y características de operación pueden verse en el Capítulo 12, Apéndice II, tratan a continuación. NH El fusible de alta capacidad de ruptura y baja tensión, denominado NH por sus siglas alemanas, se fabrica en siete tamaños: 00, 0, 1, 2, 3, 4 y 4a, con corrientes nominales desde 6 A hasta 1600 A, todos con una tensión nominal de 500 A (con una excepción, el de clase gtr, que es para 400 V nominales). Su aplicación se indica con dos letras, siendo minúscula la primera y mayúscula la restante. La primera letra es g o a, g indica fusible capaz de cortar cualquier sobrecorriente que lo funda, en cambio la letra a pone de manifiesto que la mínima corriente de operación segura debe ser suministrada por el fabricante. La segunda letra señala la aplicación o el equipo a proteger, siendo L para líneas y aparatos en general, R para semiconductores de potencia, M motores, Tr transformadores y B aplicaciones mineras (cuya principal característica es proteger contra sobrecalentamiento a cables extremadamente largos).de esta manera se forman las clases gl, am, gtr, ar, gr y gb. La norma IEC 269 define el tipo gg, el cual es totalmente equivalente al gl. Este tipo de fusible necesita de la manija extractora a fin de permitir su colocación y retiro en forma segura para el operador, la cual se encuentra estandarizada por las normas de referencia. El manipuleo de esta manija no es para personal inexperto, ya que la maniobra debe hacerse con firmeza y rapidez, fundamentalmente su colocación ya que en caso de cerrar en falla el arco debe producirse y extinguirse dentro del fusible y nunca en el contacto cuchilla base portafusible. Otro de los accesorios bastante difundido es la denominada cuchilla de neutro que no es otra cosa que un trozo de conductor con dimensiones similares a la cuchilla normalizada, con el largo total del fusible y contando con los cuernos para permitir su manipulación con la manija extractora. Su principal aplicación es en los circuitos tetrafilares, donde se requiere seccionamiento de neutro. En cierto caso se las emplea para la eliminación de un punto de protección por razones de coordinación selectiva.
HH El dispositivo de alta capacidad de ruptura y media tensión, de igual manera que en el caso anterior es denominado HH, posee corrientes nominales desde 0,5 A hasta 400 A, y tensiones nominales desde 2,3 kv hasta 33kV. Los tamaños se encuentran normalizados por DIN 43625, fijando diámetro y largo del contacto cilíndrico en 45 y 33 mm respectivamente, mientras que los largos del cuerpo son 192, 292, 367, 442 y 537 mm. Las características de operación nominales se especifican en las normas VDE 0670 e IEC 282, indicando la clase, propósito general o respaldo. La clase especifica el valor de la corriente mínima que es capaz de interrumpir, que es aquella que lo funde en una hora si se trata del propósito general (aproximadamente del orden de 1,4 veces la corriente nominal) o la mínima indicada por el fabricante para la clase de respaldo (usualmente entre 4 y 6 veces la nominal). D y DO Los tipos D y DO son especiales para aplicaciones de menor potencia y corriente que los NH, con tensiones nominales 500 y 380 (o 400) V respectivamente, con corrientes variables según el tipo, desde 2 A hasta 100 A (es muy común encontrar corrientes nominales de hasta 200 A) para el D y hasta 100 A para el DO. Los D y DO poseen tamaños DI (muy poco usado en nuestro medio), DII, DIII, DIV y DO1, DO2, DO3 respectivamente. La diferencial fundamental entre el NH y el D/DO se refiere a la seguridad personal. Los distintos tamaños y sub-tipos poseen corrientes nominales superpuestas en los extremos del rango, para facilitar el reemplazo y permitir el crecimiento del sistema y de las cargas. Cilíndricos Igualmente que en los casos anteriores, se disponen en clases gl, ar y am. Las características de uso y operación son análogas a las ya vistas para los tipos D y DO. También es muy usado el fusible sólido o seccionador de neutro, cuyo uso fue explicado para el tipo NH. Indicador o percutor Los fusibles de baja tensión poseen un indicador de operación, cuya función es poner de manifiesto en una forma fácil de detectar la actuación del dispositivo. Los fusibles tipo D y DO disponen de un disco coloreado (cuyo color como se muestra en la tabla 5.1, está relacionado con la corriente nominal del dispositivo, dando una indicación de la corriente nominal sin necesidad de extraerlo de la base, disminuyendo así el trabajo de reemplazo y por ende el riesgo de accidente), el cual es expulsado por un pequeño resorte cuando el fusible opera. En el caso de los fusibles NH, el indicador es capaz de realizar un pequeño trabajo mecánico cerrando o abriendo un micro-contacto, el cual esta montado sobre el mismo fusible, requiriendo su reinstalación al cambiar el fusible. Tal accesorio es de considerable aplicación en el caso de proteger semiconductores, donde se emplean
usualmente fusibles en ramas en paralelo, por lo que se necesita conocer el estado de conducción de las distintas ramas. En casos muy especiales el fusible NH esta provisto de un percutor, el cual es capaz de realizar trabajo mecánico, teniendo fuerza de 1 Kg. al final del recorrido, usado normalmente para accionar un micro contacto instalado sobre la base portafusible. Los dispositivos HH disponen de un percutor, elemento que además de indicar la operación es capaz de efectuar un trabajo, estando normalizada su fuerza en función del recorrido (IEC 282), existiendo tres modelos, para servicio liviano, mediano o pesado, con energías de 0,3 +/-0,25, 1+/-0,5 y 2+/-1 Joule, siendo las fuerzas para el medio y pesado de 20 y 40 N respectivamente a los 20 y 100 mm. Este trabajo mecánico se coordina con el seccionador bajo carga, de tal manera que el seccionador interrumpe las corrientes bajas y el fusible las altas, actuando el conjunto como un interruptor de muy bajo costo. Bases portafusibles La base portafusible es el dispositivo que permite la conexión del fusible al circuito fijo, por lo que su importancia no debe dejarse de lado, pensando que solo es relevante el fusible. Una mala base portafusible impide que el fusible de buena calidad desarrolle sus capacidades de operación y de funcionamiento. Los principales requerimientos de las bases se refieren fundamentalmente a la resistencia a las altas temperaturas, autoextinción de llama y poder dieléctrico con y sin los fusibles colocados. Otro de los puntos críticos de este dispositivo es el torque que debe ser soportado sobre los bulones de conexión, que es frecuentemente indicado en algunas especificaciones privadas, siendo desafortunadamente muy común que el operador aplique demasiada fuerza sin beneficio alguno. Los fusibles deben emplearse solamente en la base adecuada, ya que las características de funcionamiento del fusible diseñan para la base correspondiente, siendo sumamente peligroso el efectuar adecuaciones o adaptaciones caseras. Si bien es cierto que en bases de baja tensión existe la posibilidad de colocar fusibles de menor tamaño al nominal de la base, esto debe hacerse solo en caso de emergencia o en previsión de crecimientos del sistema, ya que la práctica citada puede causar el no cumplimiento por parte del fusible de la curva característica, el fusible opera en forma retardada, ya que la disipación se ve incrementada. Se encuentra muy difundido el empleo de bases tripulares, de todos los tipos citados previamente. - Tipos D y cilíndricos: En el caso de los fusibles tipo D existen anillos adaptadores que permiten la modificación explicada en el párrafo anterior. - Tipo NH: En los NH se pueden efectuar las conexiones que se indican a continuación: Base 00, fusible 00 Base 0, fusible 0 Base 1, fusible 1 y 0
Base 2, fusible 2,1 y 0 Base 3, fusible 3,2,1 y 0 Base 4(4a), fusible 4(4a) La separación insuficiente causa frecuentemente un cortocircuito trifásico entre las tapas de la parte superior o inferior según por donde se conecte la alimentación. Este cortocircuito es desarrollado por una falla monofásica o bifásica con generación de sobretensión por parte del fusible, la cual puede vencer el poder dieléctrico entre bases y transferir la corriente de falla al punto de alimentación. A fin de disminuir la distancia entre bases sin correr este riesgo pueden emplearse placas separadoras, las cuales se sujetan de formas diversas, siendo muy importante que no puedan ser retiradas manualmente para evitar el olvido luego del reemplazo del fusible. Esta reducción de separación no puede llevar a que los fusibles del máximo tamaño permitido se separen menos de 10mm de la placa separadora a fin de no limitar la extracción del calor. - Tipo HH: Poseen requerimientos de aislación entre fases y en la misma fase con el fusible retirado. Sus longitudes entre contactos están fijadas por los largos normalizados de fusibles, y la separación mínima entre ejes depende de la tensión nominal, dándose los valores sugeridos en la siguiente tabla: Tensión nominal (kv) Distancia (mm) 2,2/2,4 110 3,3/3,6 140 6,6/7,2 220 13,2/17,5 250 24/27 340 30/36 420
Seccionadores bajo carga Es un dispositivo que permite conectar y desconectar sin peligro, en forma tripolar y con carga a los usuarios conectados en ese momento. Al estar combinados con fusibles, estos suministran la protección contra sobrecarga y cortocircuito, además el conjunto brinda la capacidad de maniobra. Según su montaje pueden ser con grado de protección IP 00 ó IP20. Las tensiones nominales están normalizadas en 500 y 660 V. Pueden ser con los fusibles colocados lado a lado a alineados, denominados estos últimos como seccionador tira vertical. La tapa posee orificios o ventanas que permiten desde afuera conocer el estado del fusible mediante la visualización del indicador y determinar su corriente nominal, siendo retirable a fin de facilitar el reemplazo de los fusibles y evitar su conexión por parte de personas no autorizadas, como accesorios disponen de microcontactos y trabas en posición cerrada. Los datos nominales necesarios para su elección son: - tensión nominal - corriente nominal - capacidad de ruptura (dada por los fusibles en él instalados) - capacidad de conexión (valor de corriente que puede establecerse manualmente con factor de potencia no menor a 0,6 ó 0,7, según el tipo, también denominada categoría de servicio dada por AC22 o AC23) - capacidad de desconexión (ídem anterior para intensidad que puede seccionarse) - corriente térmica por corto tiempo (usualmente la intensidad soportada durante un segundo, sin que las temperaturas alcanzadas dañen al dispositivo).