ELEMENTOS Y EQUIPOS ELÉCTRICOS

Elementos y Equipos Electricos
8.- Fusibles
El fusible es un elemento muy antiguo y su uso comienza con los comienzos mismos de la
electricidad, ya que era el único medio que existía para disminuir los daños producidos por
una falla ya sea por sobrecarga o por cortocircuitos. Con el tiempo fue paulatinamente
dejando de usarse, por la aparición de otro tipo de dispositivos protectores como los
interruptores automáticos, que frente al fusible brindaban otras ventajas como la repetitividad,
ya que no eran descartables cada vez que operaban, mayor velocidad de operación en esos
momentos.
Pero a partir de aproximadamente 1950, se inicia nuevamente la aplicación de los fusibles ya
que la situación cambio con la aparición de nuevos diseños. El incremento en el uso del
fusible se debe en primera medida a que con el aumento de las potencias, las corrientes de
falla cada día son mas elevadas lo que obliga a disponer de interruptores de altísima potencia
y más veloces para minimizar los daños que estas producen en los equipos, lo cual seria de
un precio muy alto, siendo además practicante imposible de construir un dispositivo de tal
velocidad debido a la inercia de las piezas movibles.
A todos estos requerimientos responde el fusible, el que cambia sus partes fundamentales
experimentando sucesivos perfeccionamientos, adaptándose a muy distintas aplicaciones
hasta llegar a fusibles específicos y de muy variados tipos.
Los fusibles de alta capacidad de ruptura son extensamente usados en los sistemas de baja
tensión, poseen características particulares que los distinguen dentro de los elementos de
protección, sus principales propiedades y características son las siguientes:
._ Elevada Capacidad de ruptura, para la mayoría es de 100 KA.
._ Poder de limitación de la corriente de falla.
._ Energía especifica prácticamente constante con el aumento de la corriente de falla.
._ Curvas de operación, con baja tolerancia.
._ Posibilidades de coordinación selectiva, muy precisa.
._ Amplios rangos de operación
._ Costo aceptable, en relación a sus competidores los interruptores.
Para poder asegurarnos que un fusible determinado reúne estas características y además
cumple con las especificaciones que el fabricante proporciona, la única herramienta disponible
para realizar estas verificaciones son los ensayos en laboratorio, de acuerdo a las normas de
referencia establecidas. Las Normas establecen una serie de ensayos o pruebas, divididas en
ensayos de tipo y de aceptación, que permiten garantizar las características de
funcionamientos de los elementos fusibles y comprobar su aptitud en relación a las
propiedades antes mencionadas.
Un sistema fusible es un sistema dentro del cual se pueden intercambiar los cartuchos fusibles
entre sí, teniendo en cuenta ciertas condiciones. Los cartuchos fusibles son todos de una
forma constructiva normalizada.
El sistema de fusibles NH (de naturaleza Europea y las siglas que los identifican hacen
referencia a su nombre en alemán) es un sistema normalizado compuesto por una base
portafusible, un cartucho fusible intercambiable y un manija portafusible para realizar los
cambios de los cartuchos fusibles. Los tamaños se obtienen mediante un escalonamiento
dentro de un sistema de fusibles. Cada tamaño abarca un rango de corrientes nominales
dentro del cual no varían las medidas normalizadas de los fusibles.
Las líneas homogéneas de cartuchos fusibles es una serie constructiva de cartuchos fusibles
que se caracterizan por tener igual forma y material para el conductor fusible, así como todas
las partes restantes, salvo que los conductores fusibles se diferencian, para la corriente
nominal correspondiente, en su sección y dado el caso en su cantidad.
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También es importante definir la clase de funcionamiento, que significa la capacidad de un
cartucho fusible de poder permitir la circulación de determinadas corrientes sin que se
produzcan daños en el mismo, y de poder producir la desconexión de las sobre-corrientes
dentro de un rango determinado.
Dado que el funcionamiento de un fusible depende de la construcción de las partes permanentes y de las
partes removibles, la recepción de remesas deberá hacerse independientemente para una y otra.
Los ensayos de una remesa de las partes permanentes deberán realizase con elementos fusibles
adecuados y que satisfagan las exigencias de las normas, si el fusible está destinado a incluir fichas
fusibles de distintas características bastará realizar los ensayos con las fichas fusibles caracterizados por:
La máxima intensidad nominal.
La máxima intensidad de fusión.
La máxima intensidad de interrupción.
8.1.- Norma IRAN 2067
Fusibles para corriente Continua para Baja y Media Tensión
Esta norma establece las características constructivas y condiciones de funcionamiento a
que deben responder los fusibles y sus partes intercambiables con excepción de las
dimensiones y los valores de las magnitudes eléctricas características que se establezcan
en otras normas. Esta Norma no incluye los fusibles destinados a ser utilizados en
ambientes explosivos o con gases corrosivos, ni en instalaciones a bordo.
Esta Norma se refiere a los fusibles para instalaciones eléctricas de corriente continua con
tensiones respecto a tierra no mayores a 250 Voltios.
El fusible es un dispositivo destinado a proteger un circuito contra corrientes de intensidad
excesiva, mediante la apertura del mismo a través de la fusión producida por dicha corriente
del elemento destinado para tal fin.
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Dado que un fusible depende de la construcción de dos partes, una permanente y otra
renovable, la recepción de una remesa deberá hacerse independientemente para cada una
de ellas.
Los ensayos de una remesa de las partes permanentes del fusible deberán realizarse con
fichas o elementos fusibles que satisfagan las exigencias de esta Norma, si el fusible esta
destinado a incluir fusibles de distintas características, bastara realizar ensayos con
elementos que cumplan con las siguientes características:
Máxima intensidad normal
Máxima intensidad de fusión
Máxima intensidad de interrupción
La máxima intensidad normal se considera la máxima intensidad de corriente que puede
circular por el fusible en forma continua bajo determinadas condiciones.
La máxima intensidad de fusión se considera como la mínima intensidad de corriente capaz
de producir la fusión del elemento fusible.
La máxima intensidad de interrupción es la mayor intensidad de corriente capaz de producir
la adecuada operación del fusible, bajo tensión y constante de tiempo determinados.
Los ensayos de una remesa de elementos fusibles se deberán realizar con partes
permanentes que hayan demostrado satisfacer las exigencias de esta norma.
Recepción:
1. Inspección Visual
Se realiza sobre el 10% de los elementos que forman la remesa de fusibles con un mínimo
de 50 elementos, la misma es para verificar se cumplen con:
Que en posición de servicio ninguna parte bajo tensión resulte accesible.
a) El fusible estará construido de manera tal que en posición de servicio ninguna parte bajo
tensión resulte accesible, ni pueda propagar fuego hacia el exterior.
b) La disposición de las diferentes partes será tal que la reposición del elemento fusible
debe efectuarse en el porta fusible estando este retirado de la base.
c) Si el fusible tuviera partes metálicas accesibles, estará provisto de un borne de puesta a
tierra al cual estarán conectadas todas dichas partes, se consideran partes accesibles
las partes metálicas aunque estén recubiertas con una capa de material aislante.
d) Las partes no metálicas deben estar construidas con materiales aislantes resistentes a la
acción del fuego y no higroscópicas, estas exigencias no serán necesariamente
exigibles.
e) Los contactos serán de cobre o sus aleaciones y estarán construidos de manera de
mantener un buen contacto entre si después de repetidas inserciones de las partes
removibles.
f) Con excepción del elemento fusible, ninguna unión de conductores se obtendrá por
soldadura.
g) El fusible deberá llevar marcado de manera indeleble, nombre del fabricante, papis de
origen, intensidad nominal, tensión nominal de servicio,
intensidad nominal de
interrupción.
Si se encontraran fallas se inspeccionara otro 10 %. Si el total de elementos que no
cumplen supera el 1 % del total de la remesa se pueden rechazar.
Satisfecha la inspección visual se fraccionara la remesa en lotes de 1000 elementos o
fracción no menor de 250 elemento y se procederá a la recepción por lotes.
De cada lote se extraerá una muestra de 100 elementos y se los someterá a los ensayos de
resistencia a la aislación y al ensayo de dieléctrico.
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Si uno o mas de los elemento no cumplen con lo establecido, se realizara el ensayo a otros
cien elementos del mismo lote, si del total de los elementos ensayados mas de dos
elementos no cumplen se puede rechazar el lote.
Si de las muestras retiradas se encontrarán algunas que no cumple con lo descripto sé
inspeccionar un 10% más. Si del total de elementos no satisfactorios supera el 1% del total
de la remesa, el adquirente podrá rechazarla.
Pasada la inspección visual, se fraccionará la remesa en lotes de 1000 especimenes o
fracción no menor de 250, procediéndose por separado a la recepción de cada lote.
De cada lote constituido se extraerán una muestra de 100 elementos que se someterán a la
determinación de la resistencia de aislación y el ensayo dieléctrico.
Si uno o mas de los elementos no cumplen con los ensayos antes mencionados, se
ensayaran 100 nuevos elementos del mismo lote, si del total ensayado más de dos
elementos no cumplen con el ensayo se rechazará el lote.
8.1.2.-Ensayo de Aislación
La resistencia de aislación se determina con una corriente continua, bajo una tensión de 500
voltios, aplicada durante un tiempo suficiente hasta que la lectura de los instrumentos se
estabilice, la resistencia se mide sobre el fusible en posición normal de uso.
a) Entre los terminales de conexión exterior, con el elemento fusible retirado.
b) Entre los terminales y la toma de tierra, cuando la hubiera, con elemento fusible
inserto.
Se considera como resistencia de aislación al menor de los valores medidos, pero no podrá
ser menor a 50 mega ohms, si la resistencia del fusible se la mide después de haberlo
sometido a la cámara de humedad durante 24 horas la resistencia de la aislación no podrá
ser menor a 2,5 mega ohms.
8.1.3.- Ensayo Dieléctrico
El objeto del presente ensayo es verificar que no se produzcan descargas disruptivas
cuando el conjunto base-fusible se encuentra sometido a la tensión de servicio. Las
distancias disruptivas se deben verificar sobre las bases portafusibles en aire y en sólidos
aislantes del elemento fusible.
Para el ensayo dieléctrico se aplica una tensión alterna, prácticamente sinusoidal de 50 c/s.
y cuyo valor eficaz en voltios estará dado por el valor de dos veces la tensión nominal del
fusible mas 1000 voltios
Ue = 2 U + 1000
Donde U es la tensión nominal en Voltios
La tensión de ensayo se aplica y se mantiene durante un minuto entre:
a) terminales de conexión exterior, con la ficha o elemento fusible retirado.
b) los terminales y la toma de tierra si existiera, con la ficha o elemento fusible
inserto.
Para que el fusible resista el ensayo no se deben producir descargas disruptivas.
Una vez realizados los ensayos de resistencia a la aislación y de dieléctrico, se extraerán 20
elementos de cada lote y se lo someterán a los ensayos de calentamiento y funcionamiento
Si uno de los elemento no cumplen con lo establecido, se ensayaran 20 nuevos elementos
del mismo lote, si en total de lo ensayado mas de un elemento no cumple se rechazara el
lote.
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8.1.4.-Ensayo de Calentamiento
El objeto de este ensayo es verificar la temperatura que alcanza el fusible cuando es
atravesado por una corriente igual a la nominal.
Por el fusible montado con todos sus elementos correctamente y en posición normal de
funcionamiento, se intercala en un circuito de ensayo, por el cual se hace circular la
corriente nominal hasta que el fusible se halle térmicamente estabilizado, que se considera
cuando la lectura de los instrumentos no varíen, en ese momento se realizan las lecturas.
Los conductores a utilizar en el circuito de medición pueden ser aislados en PVC cuya
sección nominal coincida con la corriente nominal del fusible, su longitud como mínimo de
un metro, y deben estar dispuestos de manera que la elevación de temperatura a 0,30
metros de distancia posterior a los terminales del fusible no sea inferior al ochenta y cinco
por ciento de la elevación de temperatura del fusible.
La temperatura en cada uno de los conductores entre los terminales y los primeros treinta
centímetros no deberá ser inferior a la temperatura de los terminales.
Una vez estabilizada la temperatura se realizan las lecturas:
La temperatura de los contactos y terminales de los conductores y de la cubierta si es
metálica se determina soldando a tales elementos los pares termoeléctricos, mediante una
aleación de plomo y estaño y bismuto por partes iguales u otra aleación de características
similares.
Si la cubierta es de material aislante la temperatura se determina apoyando firmemente una
chapa de bronce en la cual se ha soldado al par termoeléctrico.
La temperatura del medio ambiente se determina con termómetros de mercurio de
inmersión parcial, sumergidos en un baño de 150 a 300 ml. de aceite colocados en un vaso
de vidrio de boca ancha., durante la ultima cuarta parte de la duración del ensayo.
La elevación de temperatura se determina como la diferencia de temperatura del elemento y
la del medio ambiente leída deberán ser como máximas las siguientes:
Contacto del fusible
Terminales de conexión
Partes accesibles
40 Grados centígrados
30 Grados centígrados
55 Grados centígrados
8.2.- Recepción de Fichas Fusibles:
Se denomina ficha fusible, a la parte removible del fusible que contiene al elemento fusible
y que esta destinado a conectarlo a los contactos del fusible. En algún tipo de fusibles puede
no existir la ficha fusible.
Los contactos de la ficha fusible son aquellos que forman pare de la ficha y que unidos al
elemento fusible están destinados ala interconexión con los contactos con el porta fusibles.
Sobre el 10% de la remesa de fichas fusibles, con un mínimo de 200 especimenes, se
realizara una inspección visual, para verificar si cumple con las inscripciones que deben
llevar marcadas:
a) Nombre del fabricante o marca registrada.
b) País de Origen.
c) Intensidad Nominal de Servicio
d) Tensión Nominal de Servicio
e) Clase de Corriente
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f) Factor de Fusión.
Si se encontrasen fallas, se inspeccionará un 10% más. Si del total de la remesa el 1% no
cumpliera con los requisitos se podrá rechazar el lote.
Satisfecha la inspección visual, se fraccionará la remesa en lotes de 5000 especimenes o
fracción no menor a 1000 elementos, procediéndose a la recepción por separado de cada
muestra.
De cada lote se extraerán las siguientes muestras:
Dos muestras de 20m especimenes que se someterán al ensayo de Funcionamiento.
Una muestra de 20 especimenes que se someterán a la verificación del factor de fusión.
Si uno o dos especimenes ensayados de una muestra no cumplieran con lo establecido, se
repetirá el ensayo en cuestión sobre otros 20 especimenes del mismo lote.
Si nuevamente uno o dos especimenes no cumplieran se repetirán los ensayos sobre 40
especimenes, si resultare rechazadotas de la tercera parte de los lotes se rechaza la
remesa.
8.3.- Ensayo de Funcionamiento
Para este ensayo se utiliza una fuente de corriente, capas de suministrar una intensidad de
corriente presunta y una tensión de restablecimiento no menor a la nominal.
Se denomina intensidad presunta, a la intensidad de corriente que circula por un circuito
destinado a incluir un fusible, cuando este se sustituye por un conductor de resistencia
prácticamente nula, y tensión de restablecimiento a la tensión que aparece a los bornes del
fusible después de la extinción total del arco.
Un osciloscopio capaz de registrar las características de las ondas de corriente y tensión, y
permitir la medición de sus valores, amperímetro, voltímetro y un indicador de arco a masa
para le cual se utilizará un alambre de cobre de 0,125 mm de diámetro y de 75 mm de
longitud.
Como masa del fusible, que debe conectarse al indicador de masa se utiliza:
a) en fusibles con cubierta metálicas la toma a tierra
b) en fusibles destinados a incluirse en cajas metálicas, una caja metálica adecuada
que contenga las distancias aislantes previstas.
c) En fusibles con cubiertas de material aislante o destinados a incluirse en cajas
aislantes, una tela metálica dispuesta en forma tal que envuelva al fusible o caja.
en ambos casos se deben respetar las distancias aislantes.
En el circuito se emplea además, una resistencia (reóstato) y un inductor para la regulación
de la intensidad. El fusible se debe colocar en la posición normal de servicio, y si fuera
optativo con el elemento fusible en forma vertical.
Cuando es posible prever por la construcción del circuito cual de los terminales puede
formar el arco a masa mas fácilmente, debe conectarse solo al lado de la fuente no puesto a
tierra, en todos los casos el reóstato y la inductancia deben conectarse al polo negativo
puesto a tierra.
Con el fusible sustituido por un conductor de resistencia despreciable con respecto a la del
circuito, se regula el mismo de manera que circule una intensidad presunta igual a la
nominal de interrupción , una vez calibrado se sustituye el conductor por el fusible y se
establece el circuito, si la intensidad de corte obtenida es mayor del 60% de la intensidad
presunta se repite el ensayo, sustituyendo el elemento fusible tres operaciones, si en
cambio la intensidad de corte obtenida es menor al 60% de la intensidad presunta se regula
el circuito con el fusible sustituido por el conductor de manera que circule una intensidad
presunta dada por una intensidad I 2
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I2= 1,7 I 1,5
I1 0,3
I1 intensidad presunta iguala a la nominal de interrupción
I
intensidad e corte obtenida, su valor se obtiene del oscilograma de intensidad, como el
máximo valor instantáneo alcanzado durante el ensayo.
Una vez calibrado el circuito se reemplaza el conductor por el elemento fusible y se repite el
ensayo tres veces, completada la serie de tres operaciones y dentro de los tres minutos
posteriores a la ejecución de la ultima se determina la resistencia a la aislación
En este ensayo se determinan:
Intensidad Presunta: Se determina por la indicación de un amperímetro previamente
ensayado en si, sustituyendo el fusible por un conductor corto cuya resistencia sea
despreciable en comparación con la del circuito. Es la intensidad de corriente que circula por
el circuito destinado a incluir el fusible, cuando se sustituye a este por un conductor. El valor
de esta corriente estará comprendida entre un 100 y 115 % del valor establecido para cada
fusible.
Tensión de restablecimiento: Es la tensión continua que aparece entre los bornes del fusible
después de la extinción total del arco., esta se determina por la indicación de un voltímetro
que sirve para verificar obtenida después de la operación. Su valor estará comprendido
entre un 100 y 110 % del valor de la tensión nominal.
El ensayo se repite tres veces para determinar la repetitividad del mismo. El fusible
soportará el ensayo de funcionamiento cuando se cumpla:
No exista formación de arco a masa.
Emisión de llama o proyección de metal fundido o del relleno.
Daño mecánico suficiente para inutilizar cualquier parte permanente del fusible.
Reducción de la resistencia de aislación por debajo de los 100 Kilo ohoms.
Presencia de tensión de arco superior a 2,5 kv.
Ignición del fusible
8.4.- Factor de Fusión
Se denomina factor de fusión al cociente entre la intensidad de corriente de fusión y la
intensidad nominal del fusible.
F = If / In
El factor de fusión se verifica con el valor de intensidad de corriente de fusión del fusible a
ensayar, con todos sus elementos en equilibrio térmico con el ambiente a 25º C +/- 2º C al
iniciar el ensayo.
Si la posición del elemento fusible es optativa se lo instala de manera que quede en
posición vertical. La verificación exige de dos ensayos:
Haciendo circular una intensidad I1 durante un tiempo t y comprobando si funde.
Haciendo circular una I2 y midiendo el tiempo de fusión.
El factor de fusión del fusible será tal que:
a) No se funda en un lapso de tiempo igual a 0,80 por la raíz cúbica de la corriente
nominal, cuando por el circula una corriente igual al 95% de la intensidad nominal de fusión
t = K x (In) 1/3 para factores de fusión menores o iguales a 1,25
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b) No se funda en un lapso de tiempo igual a 0,40 por la raíz cúbica de la corriente
nominal, cuando por el circula una corriente igual al 105 % de la intensidad nominal de
fusión
t = K x (In) 1/3 para factores de fusión mayores a 1,25
K constante
K = 0,8 para F < 1,25 y K = 0,4 para F>1,25
In intensidad normal nominal
F factor de fusión
I1 intensidad de fusión
Características de Fusión
La característica de fusión se verifica con un fusible adecuado, con todos sus elementos en
equilibrio térmico con el ambiente a 25º C +/- 2º C al iniciar el ensayo. Si la posición del
elemento fusible es optativa se lo instala de manera que quede vertical y se exige la
realización de dos ensayos
La determinación de la característica de fusión exige la realización de dos ensayos:
a) Operación del fusible bajo una intensidad que determine un tiempo de prearco de
unos 0,5 segundos
b) Operación del fusible bajo otras cuatro intensidades que formen
aproximadamente una serie geométrica entre la nominal y la intensidad que
determine un tiempo de prearco de 0,5 segundos
Para cada ensayo se mide la intensidad de corriente con un amperímetro y se determina el
lapso de prearco, midiendo los tiempos dentro de +/- 5%, se hacen para cada punto cinco
determinaciones tomándose el promedio de los tiempos
Los valores así determinados se llevan a una pauta con ambos ejes logarítmicos con tiempo
en las abscisas y la intensidad en las ordenadas, se agrega la intensidad 1,05 If con el
promedio de los tiempos determinados en que se produce la fusión, mediante todos los
puntos así obtenidos se traza la curva característica de fusión
Tiempo de prearco es el tiempo trascurrido desde que se hace presente una corriente capaz
de producir la operación del fusible hasta el instante que se inicia la interrupción en el
elemento fusible.
8.1.4.- Medición de Resistencia Interna del Elemento Fusible:
Este ensayo tiene por objeto medir la resistencia interna del elemento fusible. Se lo realiza a
todos los cartuchos fusibles y se los ensaya con el elemento en frío. Para ello se aplica una
corriente del valor del 10% de la corriente nominal, para evitar que se produzca el
calentamiento del mismo y no varíe el valor de la resistencia. Para este ensayo se considera
que la inductancia que presenta el fusible es nula, y se toman los valores de la corriente y la
tensión y se calcula por ley de Ohms.
El valor obtenido se compara con los valores dados por el fabricante y los indicados por la
Norma.
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