Fusible eléctrico
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 22 de junio de 2021; las comprobaciones requieren 6 ediciones .Fusible : un dispositivo eléctrico de conmutación diseñado para desconectar el circuito protegido abriendo o destruyendo las partes que conducen corriente especialmente previstas para esto bajo la acción de una corriente que excede un cierto valor.
El fusible se enciende en serie con el consumidor de corriente eléctrica y rompe el circuito de corriente cuando excede la corriente nominal , - la corriente para la que está diseñado el fusible.
De acuerdo con el principio de acción cuando la corriente se interrumpe en el circuito protegido, los fusibles se dividen en cuatro clases: fusibles , electromecánicos, electrónicos y que usan propiedades reversibles no lineales para cambiar la resistencia después de exceder un cierto umbral de corriente para algunos materiales semiconductores conductores ( fusibles autorregenerables ).
En los fusibles , cuando la corriente supera la corriente nominal, el elemento conductor del fusible se destruye (fusión, evaporación), tradicionalmente a este proceso se le llama "burnout" o "quemado" del fusible.
El disyuntor de protección de red está equipado con sensores de corriente de flujo (electromagnéticos y/o térmicos), cuando la corriente supera la corriente nominal, cortan el circuito abriendo los contactos, normalmente el movimiento de apertura de los contactos se realiza por medio de un resorte precargado.
En los fusibles electrónicos, el circuito protegido se rompe mediante llaves sin contacto.
En los fusibles autorregenerables, cuando se excede la corriente, la resistencia eléctrica específica del material semiconductor del elemento conductor de corriente del fusible aumenta en varios órdenes de magnitud, lo que reduce la corriente del circuito, después de quitar la corriente y enfriarlos, restauran su resistencia habitual.
El término fusible eléctrico , o generalmente fusible, se refiere al fusible más comúnmente usado y menos costoso.
Los fusibles se utilizan mucho para proteger cualquier equipo eléctrico, por ejemplo, para evitar el sobrecalentamiento de los cables eléctricos domésticos en caso de cortocircuito .
La falta de fusibles o el uso indebido de los mismos puede provocar un incendio.
Los fusibles en los diagramas de circuitos se abrevian "FU" (designación internacional, del inglés to fuse - to melt) o "Pr" (la representación gráfica en los estándares ESKD soviéticos y rusos coincide con IEEE / ANSI , la segunda opción en la Figura [1] ) . El texto de la computadora usa el símbolo ⏛ (número Unicode U+23DB , código HTML ⏛ )
Fusibles
Cómo funciona un fusible
En los fusibles se utilizan metales puros ( cobre , zinc , plomo , hierro , etc.) y algunas aleaciones ( kovar , acero , etc.) como elemento conductor destruido por extracorrientes.
Todos los metales puros y prácticamente todas las aleaciones de metales tienen un coeficiente de temperatura de resistencia eléctrica positivo , es decir, a medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia del elemento fusible. Es el coeficiente de temperatura positivo de la resistencia lo que determina las propiedades protectoras del fusible. A corrientes por debajo de la corriente nominal de protección, el calor generado en el elemento fusible se disipa permanentemente en el medio ambiente. En este caso, la temperatura del elemento fusible se establece ligeramente más alta que la temperatura del medio. Con corrientes superiores a la corriente nominal, se desarrolla inestabilidad térmica en el elemento fusible: un aumento de temperatura conduce a un aumento en la resistencia activa del elemento fusible, lo que hace que se caliente aún más, ya que hay energía en la rama en un circuito eléctrico en serie Un aumento en la resistencia conduce a un aumento en la generación de calor, la generación de calor aumenta la temperatura, aumenta la resistencia y, por lo tanto, la potencia liberada, lo que nuevamente aumenta la temperatura. En este caso, el proceso se desarrolla como una avalancha: la temperatura del elemento fusible comienza a exceder la temperatura de fusión, lo que provoca la destrucción mecánica del elemento fusible del fusible y la ruptura del circuito eléctrico.
También un parámetro eléctrico importante del fusible, además de la corriente nominal, es el llamado parámetro de protección , determinado por la característica de tiempo-corriente.
Se ha establecido experimentalmente que el área de corrientes que provocan la "quema" del fusible se encuentra por encima de la línea en el gráfico en coordenadas cartesianas corriente - tiempo de operación (quema, ruptura del circuito), la ecuación de esta línea satisface aproximadamente la condición
dónde
- Actual, - tiempo de combustión - parámetro de dimensión A 2 ·s, en una amplia gama de cambios actuales es constante.
Por lo tanto, cuanto mayor sea la corriente, menor será el tiempo de "combustión" del fusible. El parámetro a menudo se denomina "factor de protección" o "parámetro de protección". La ecuación anterior no se cumple a corrientes muy altas, ya que la expansión y desionización del plasma en el arco eléctrico del elemento fusible de protección evaporado toma un tiempo finito. Además, a corrientes bajas, por debajo de la corriente de protección nominal, el tiempo de "combustión" es infinito.
En las especificaciones profesionales para fusibles, el parámetro suele indicarse explícitamente.
Diseños y portafusibles
Los elementos principales del fusible son: un inserto fusible (elemento fusible), un cuerpo en el que se instala el inserto fusible y que se puede reemplazar cuando se quema (para fusibles para corrientes bajas, el inserto fusible no es reemplazable, el diseño es desechable y, cuando se dispara, se reemplaza todo el fusible en el soporte), la parte de contacto, el dispositivo de extinción de arco y el medio de extinción de arco.
El inserto fusible dentro del cartucho se coloca en un medio especial para apagar el arco (por ejemplo, arena de cuarzo), que, cuando se quema el inserto fusible, enfría y desioniza intensamente el arco eléctrico , evitando que el plasma se escape a través de la carcasa. Para algunos tipos de fusibles, la carcasa está hecha de un material generador de gas (por ejemplo, fibra), bajo la acción térmica del arco se produce un intenso desprendimiento de gas, los gases resultantes contribuyen a extinguir el arco dentro de la carcasa.
En los fusibles de baja corriente, los eslabones fusibles a veces se pueden colocar en un ambiente de gas inerte en una carcasa sellada (para evitar que el eslabón fusible se oxide con el tiempo: el eslabón fusible bajo corriente se calienta y el proceso de oxidación ocurre más intensamente). ).
Los fusibles para la protección de dispositivos semiconductores (alta velocidad) tienen elementos de diseño adicionales para acelerar la operación: en este caso, la ruptura del circuito eléctrico dentro del fusible se realiza mediante fuerzas electrodinámicas y resortes tensados. El fusible también se acelera utilizando el efecto metalúrgico .
La corriente nominal del inserto fusible y la corriente nominal del cartucho difieren (para un cartucho, se producen varias clasificaciones de insertos del mismo tamaño y para diferentes corrientes).
Tipos de fusibles
Un elemento de protección de fusible rompible, o algún diseño intercambiable con este elemento, se conoce comúnmente como inserto . El inserto reemplazable se reemplaza por uno nuevo después de que se haya quemado.
Para proteger los circuitos eléctricos con múltiples dispositivos de protección, es económicamente factible utilizar interruptores automáticos que restablecen el circuito eléctrico por manipulación ( disyuntores ).
Los fusibles de restablecimiento automático se utilizan en circuitos de baja tensión y baja corriente .
Fusibles desechables
En un circuito eléctrico, un fusible es una sección débil del circuito eléctrico que se quema cuando la corriente excede la corriente nominal, rompiendo así el circuito y evitando el desarrollo posterior de un accidente [3] . Por tipo, los fusibles se clasifican en los siguientes tipos:
- insertos de baja corriente (para proteger aparatos eléctricos de bajo consumo - hasta 6 A);
- 3×15 (el primer número es el diámetro exterior en mm, el segundo es la longitud del inserto en mm);
- 4×15 tipo VP-1;
- 5×20 tipo VP-2;
- 6×32 tipo PK-30, PC-30;
- 7×15;
- 10×30;
- horquilla (para proteger los circuitos eléctricos de los automóviles);
- miniatura;
- carretillas elevadoras convencionales;
- corcho (utilizado en redes eléctricas de edificios residenciales con una corriente nominal de hasta 63 A);
- DIAZED (el más común en la URSS);
- NEOZED;
- cuchillo (hasta 1250 A);
- tamaño 000 (hasta 100 A);
- tamaño 00 (hasta 160 A);
- tamaño 0 (hasta 250 A);
- tamaño 1 (hasta 355 A);
- tamaño 2 (hasta 500 A);
- tamaño 3 (hasta 800 A);
- tamaño 4a (hasta 1250 A);
- lleno de arena de cuarzo;
- generación de gases.
Además, los fusibles difieren en las características de tiempo-corriente de operación cuando se excede la corriente nominal.
Debido a la inercia de operación de los fusibles en redes diseñadas profesionalmente, a menudo se usan como protección selectiva y se duplican con interruptores automáticos. La selectividad entre los propios elementos fusibles se consigue con una relación de 1:1,6. La característica de tiempo-corriente de los fusibles se establece por la dependencia, respectivamente, seleccionando el parámetro [3] ; Los PUE regulan la protección de líneas aéreas conductoras de tal forma que el fusible actúe en no más de 15 segundos (la corriente de cortocircuito al final de la línea debe ser igual a tres corrientes nominales del fusible). Un valor esencial es el tiempo durante el cual se produce la destrucción del conductor cuando se supera la corriente establecida. Para reducir este tiempo, algunos fusibles contienen un resorte de precarga . Este resorte también extiende rápidamente los extremos de un eslabón fusible roto, acortando el tiempo de arco.
Diseño de fusibles
- enlace fusible: un elemento que contiene una parte discontinua de un circuito eléctrico (por ejemplo, un cable que se quema cuando se excede un cierto nivel de corriente);
- un mecanismo para unir un eslabón fusible a los contactos que aseguran la inclusión de un fusible en un circuito eléctrico y la instalación de un fusible como un todo.
El fusible fusible suele ser una funda de vidrio o porcelana con contactos en los extremos. Una determinada intensidad de la corriente de disparo corresponde a una determinada sección transversal del conductor. Si la corriente en el circuito excede el valor máximo permitido, entonces el conductor fusible se sobrecalienta y se derrite, protegiendo el circuito con todos sus elementos del sobrecalentamiento y posible incendio .
Los cartuchos fusibles de los fusibles de corcho utilizados en el hogar están marcados de la siguiente manera (DIN 18015-1):
| Corriente nominal, A | cheques de color | Potencia máxima para una red de 220 V, W |
|---|---|---|
| 6 | Verde | 1200 |
| diez | Rojo | 2000 |
| dieciséis | Gris | 3200 |
| veinte | Azul | 4000 |
| 26 | Amarillo | 5200 |
En circuitos de alta corriente, los más comunes son los "fusibles de cuarzo" llenos de arena de cuarzo y fusibles generadores de gas.
En los fusibles de cuarzo (tipo PC) la carcasa se rellena con arena de cuarzo y el arco se extingue por elongación, aplastamiento y contacto con un dieléctrico sólido.
En los fusibles generadores de gas, se utilizan materiales sólidos generadores de gas (fibra, plástico vinílico, etc.) para extinguir el arco. Los fusibles generadores de gas se fabrican con y sin escape de gas de la caja cuando se disparan. Los fusibles con escape de gas de un cartucho también se denominan fusibles de disparo (por ejemplo, PSN-10 y PS-35), ya que su funcionamiento va acompañado de un sonido fuerte similar a un disparo. Los fusibles con tensión superior a 1 kV se fabrican tanto para instalación interior como exterior.
Protección en lámparas incandescentesLas lámparas incandescentes están provistas de fusibles para evitar la sobrecarga del circuito de alimentación en caso de un arco eléctrico en el momento de quemarse el cuerpo incandescente de la lámpara. El fusible de la lámpara es una sección de uno de los conductores introductorios ubicados en la pata de la lámpara fuera del foco sellado. Esta sección tiene una sección transversal más pequeña en comparación con la otra salida; en lámparas con bombilla transparente, se puede ver examinando el tallo de la lámpara. Para lámparas domésticas de 220 voltios , el fusible generalmente tiene una clasificación de 7 A .
Fusible automático
Fusible automático (nombre correcto: Disyuntor , también llamado "disyuntor", "disyuntor de protección", "disyuntor; o simplemente "automático") consta de una carcasa dieléctrica , dentro de la cual hay contactos móviles y fijos. El contacto móvil es equipado con un resorte, el resorte proporciona fuerza para el desenganche rápido de los contactos. El mecanismo de desenganche suele ser accionado por dos liberaciones: térmica y/o electromagnética.
El diseño del fusible automático- La liberación térmica es una placa bimetálica calentada por la corriente que fluye. Cuando fluye una corriente por encima del valor permitido, la placa bimetálica se dobla y activa el pestillo de resorte, que retrae el contacto móvil, rompiendo así el circuito eléctrico. El tiempo de funcionamiento depende de la corriente ( característica tiempo-corriente ) y puede variar de segundos a horas. La corriente mínima a la que debe operar el disparador térmico es 1,13 de la corriente nominal del fusible hasta 63 amperios y por encima de 63 amperios 1,45 de la corriente nominal del fusible. A diferencia de un fusible, un fusible automático está listo para el próximo uso después de que la placa se haya enfriado.
Sin embargo, los ajustes del fusible automático pueden cambiar con cada operación debido a contactos quemados. Esta característica debe tenerse en cuenta en las instalaciones industriales.
- Una liberación magnética (a veces llamada "instantánea") es un solenoide cuyo núcleo móvil activa un resorte de pestillo que retrae un contacto móvil. La corriente que pasa a través del interruptor automático fluye a través del devanado del solenoide y hace que el núcleo se retraiga cuando se excede un umbral predeterminado. El disparo instantáneo, a diferencia del disparo térmico, opera muy rápidamente (fracciones de segundo), pero con una corriente significativamente mayor: 6 o más veces la corriente nominal, según el tipo (los interruptores automáticos se dividen en tipos A, B , C, D, E y K en función de las características de disparo de los relés).
Durante la separación de los contactos , se puede producir un arco eléctrico entre ellos , por lo que los contactos se realizan de forma especial y, a menudo, se colocan en una cámara de arco .
Cálculo del límite de viaje requerido
El fusible se calcula teniendo en cuenta la corriente de cortocircuito al final de la línea, el calentamiento permitido de los conductores, la reducción de voltaje permitida (no más del 4-5%), y también teniendo en cuenta los detalles de la corriente consumidor mismo. El calor liberado por el paso de la corriente eléctrica a través de los conductores debe disiparse al medio ambiente sin un aumento excesivo de la temperatura de los mismos, sin dañar ninguna parte y/o componente de las partes conductoras del equipo eléctrico [4] .
El cálculo del fusible en el caso más simple se lleva a cabo de acuerdo con la fórmula.
dónde
- corriente asignada de funcionamiento del fusible, A; - potencia máxima de carga, W (con un margen de aproximadamente el 20%); - tensión de red, V.
La corriente nominal del fusible se selecciona del rango estándar, con la corriente operativa nominal más cercana que excede el valor obtenido. Al elegir el parámetro característico de tiempo-corriente, también se deben tener en cuenta las corrientes de irrupción de la carga.
Precauciones de seguridad
Cada tipo de fusible requiere un enfoque específico de mantenimiento y reemplazo.
- Algunos tipos de fusibles (especialmente los de alta corriente) pueden ser peligrosos para el usuario no capacitado y requieren mantenimiento por parte de personal calificado.
- Un aumento analfabeto en la corriente nominal puede provocar daños en el cableado debido a altas temperaturas y hasta un incendio.
Sustitución de fusibles
- La sustitución de fusibles por parte de un usuario doméstico sólo podrá efectuarse cuando se hayan retirado la tensión y la carga. Reemplazar un fusible bajo carga puede causar un arco eléctrico y, como resultado, lesiones en los ojos, quemaduras en las manos y daños en el portafusibles. Sin embargo, el diseño de muchas centralitas de fabricación soviética no contempla la desconexión preliminar de la red antes de reemplazar el fusible; esto se debe a que cuando se desenrosca y se enrosca el tapón, el cuerpo del tapón todavía está en el mandril en el momento del desprendimiento y, por lo tanto, la posible ocurrencia de un arco es segura para el usuario. Sin embargo, después de quitar el fusible, una persona tiene acceso a partes vivas bajo voltaje peligroso en el portafusibles de corcho.
En Europa, se utiliza un seccionador de fusibles más seguro con clasificaciones de fusibles enchufables para superar esta deficiencia.
- En instalaciones eléctricas hasta 1000 voltios, el reemplazo de fusibles con partes vivas abiertas debe ser realizado por personal calificado utilizando protección para la cara y los ojos, alicates especiales, la mano del trabajador que realiza el cambio debe protegerse con un guante dieléctrico. También se utiliza un dispositivo combinado en forma de guante dieléctrico con pinzas cosidas para reemplazar fusibles.
- La sustitución de los fusibles de alta tensión sólo puede realizarse con la instalación desconectada y puesta a tierra (utilizando cuchillas de puesta a tierra estándar o puesta a tierra portátil especial - PZ).
Uso de un fusible como dispositivo de conmutación
Casi siempre, cuando se trabaja en una instalación eléctrica, existe la necesidad de quitar tensión para poder realizar con seguridad determinados trabajos en una instalación eléctrica. A menudo, en los cuadros de distribución de las instalaciones eléctricas industriales, los dispositivos de conmutación tienen cuchillos de conexión a tierra completos con un accionamiento estándar, pero los dispositivos en los cuadros de distribución de los consumidores domésticos se limitan a diseños más simples que simplemente rompen el circuito en caso de emergencia. A menudo, al realizar trabajos eléctricos en el sector residencial, se limitan solo a apagar el fusible, y el fusible que se desconecta durante el trabajo eléctrico no está marcado de ninguna manera; si alguien lo enciende accidentalmente, las personas que realizan las líneas de trabajo eléctrico en la sección desconectada estarán bajo un voltaje peligroso. Para hacer esto, cuando se trabaja en redes monofásicas domésticas, es necesario apagar ambas líneas de entrada: fase y cero (conductor neutro de protección, si la red es de tres hilos, no tiene un dispositivo de conmutación y está conectado firmemente a las viviendas).
Elección de fusibles
La elección debe basarse en las capacidades técnicas del cableado y el equipo eléctrico protegido.
- Al diseñar una instalación eléctrica, se deben tener en cuenta las corrientes de cortocircuito en las secciones diseñadas de los circuitos de la instalación eléctrica [4] . Además, el tipo de fusible debe ser adecuado para el entorno operativo: por ejemplo, no es deseable instalar fusibles de cuchilla en un cuadro de distribución de grupo doméstico para evitar dificultades en su mantenimiento.
- Al agregar un nuevo circuito en una instalación existente, mida la resistencia del bucle y divida el voltaje por el valor resultante (la mayoría de las veces se ignora el proceso de medición de la resistencia del bucle); al mismo tiempo, la clasificación del fusible en las instalaciones eléctricas no debe exceder la corriente continua permitida para los cables en el segmento de cableado debajo del fusible a lo largo de la distribución de energía. La corriente admisible depende de las características del cable y se determina de acuerdo con la cláusula 1.3.10 del PUE . Si hay elementos con una corriente admisible aún más baja en el segmento protegido, la capacidad nominal del fusible está limitada por su capacidad nominal actual. Por ejemplo, si los cables permiten 25 A y los enchufes solo 16 A, entonces el fusible no debe tomar más de 16 A.
Si se violan estas condiciones, la corriente excesiva puede dañar los enchufes y otras partes de la instalación eléctrica, así como provocar un incendio . La forma del portafusibles puede ser tal que no sea posible instalar un fusible más grande en él.
- Si necesitas conectar un aparato eléctrico muy potente, debes tener cuidado de apagar primero todos los aparatos eléctricos que no se necesiten en ese momento , esto suele evitar que se funda el fusible.
- También debe prestar atención a los dispositivos que pueden fallar con encendidos/apagados inesperados y con grandes fluctuaciones de voltaje en la red: motores eléctricos (incluidos los motores de los compresores en los refrigeradores ), computadoras , televisores a color (con una bobina de desmagnetización en un cinescopio) y grabadoras de video. .
- Para proteger las válvulas de semiconductores de potencia: a veces se utilizan diodos , tiristores , fusibles especiales de alta velocidad con una característica de limitación de corriente [5] .
"Error"
A veces, en ausencia del fusible necesario, o con el fin de eludir deliberadamente la protección, se utiliza un puente conductor entre los contactos del fusible o los contactos del portafusibles, llamado en la jerga "error".
La sección transversal del cable se calcula de acuerdo con tablas especiales, o puede usar la fórmula empírica para el cable de cobre [6] :
dónde
- corriente nominal de protección en amperios, — diámetro del alambre en mm.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que dicha "protección" es mucho menos confiable, y la fusión repetida del fusible indica la presencia de fallas más graves en el circuito eléctrico, en particular, un cortocircuito o falla de los interruptores de semiconductores de potencia en la conmutación . fuentes de alimentación , avería de filtros de condensadores electrolíticos , etc.
Reemplazar incorrectamente el fusible de fábrica con un error puede aumentar la corriente máxima que fluye a través del circuito durante cortocircuitos o fallas y provocar la falla de los conductores, componentes eléctricos más costosos en el dispositivo y/o fuego en el cableado principal o dispositivo. Este último es a menudo la causa de los incendios .
Véase también
Notas
- ↑ Símbolos para fusibles (según GOST 2.727-68) (enlace inaccesible) . Consultado el 3 de enero de 2012. Archivado desde el original el 20 de marzo de 2012.
- ↑ Recomendaciones para el diseño de equipos eléctricos de potencia con voltaje de hasta 1000 V AC empresas industriales. M.: 1989.
- ↑ 1 2 Fusible: un elemento de la electrónica de potencia (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 3 de enero de 2012. Archivado desde el original el 8 de enero de 2012.
- ↑ 1 2 Cálculo de la corriente de cortocircuito (enlace inaccesible) . Consultado el 3 de enero de 2012. Archivado desde el original el 1 de enero de 2012.
- ↑ Rodshtein L. A. "Aparatos eléctricos" L., "Energoizdat", 1981
- ↑ Selección de cable para reemplazo de fusibles .
Literatura
- Koryakin-Chernyak S. L., Golubev V. S. Breve libro de referencia de un electricista doméstico. ed. 2º - San Petersburgo: Ciencia y Tecnología, 2006. S. 272. ISBN 5-94387-176-4
- L. A. Rodshtein "Aparatos eléctricos", L. "Energoizdat", 1981
- Fuse // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.