fusible limitador de corriente, de respaldo

Manual de
operación,
construcción
y aplicación
mpresa mexicana de
reciente creación. Surge
como una necesidad a la
experiencia acumulada
durante más de 30 años,
en el diseño y manufactura de
fusibles en media tensión,
aplicando moderna tecnología
matemática semiempírica, la cual
es verificada tanto en nuestro
laboratorio como en el de alta
potencia de Comisión Federal de
Electricidad (CFE).
La marca respalda fusibles que
satisfacen los requisitos de las
normas: IEC 282-1,
IEEEstd. C37.41-2000 y
NMX-J-149/1-ANCE-2002.
FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE, DE RESPALDO
(BACK UP) PARA MEDIA TENSIÓN MARCA PROTELEC-MT
Manual de operación, construcción y aplicación
CONTENIDO
1. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.1 ¿Qué es un fusible limitador de corriente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.2 Características físicas de los fusibles operados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
1.3 Operación Incorrecta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
2. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
2.1 Cintas fusibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
2.2 Núcleo de cerámica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.3 Sistema de disparo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.4 Tubo aislante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.5 Arena de relleno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
2.6 Contactos exteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8
3. CURVAS DE OPERACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3.1 Corriente-tiempo promedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
3.2 Limitación de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
4. CARACTERÍSTICAS DE APLICACIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
4.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
4.2 Protección de transformadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
4.3 Observaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
5. DATOS GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
1. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
1.1 ¿Qué es un fusible limitador de corriente?
Es un dispositivo de seguridad que se diseña para
operar con sobrecorrientes de diversas magnitudes.
(ver foto 1)
Si la corriente de falla es muy grande, el fusible la
interrumpe; limitándola, sin permitir que alcance su
valor máximo instantáneo. Esta forma de operación
se ejemplifica en la figura 1
La limitación de corriente se obtiene por la
inclusión que hace el fusible de una resistencia
eléctrica transitoria de muy alta magnitud en el
circuito en donde se le instala. El efecto resultante,
es la generación de una sobretensión instantánea
de cuya magnitud dependen el grado de limitación
obtenido y la energía 12t asociada.
Foto 1
Figura 1
Por ejemplo si la sobretensión
generada es apenas mayor que la
máxima tensión instantánea a la
frecuencia de estado estable (50 ó
60 Hz) figura 2, la limitación de
corriente es escasa y la energía
asociada es grande.
En cambio, si la sobretensión es
relativamente alta la limitación es
satisfactoria.
4
Figura 2
FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
Con sobretensiones mayores de 3 veces aún cuando
la operación de los fusibles sea satisfactoria, se
puede dañar el aislamiento de los equipos asociados
y en algunos casos se pueden hacer operar los
aparta-rrayos. Las sobretensiones transitorias que
generan nuestros fusibles están comprendidas entre
1.6 y 1.8 veces la tensión máxima instantánea de
estado estable y la limitación de corrientes
satisfactoria.
En el núcleo de la fulgurita, se pueden alcanzar
temperaturas del orden de 20,000K. En esta región
la arena se funde totalmente y forma un tubo hueco
(figura 3) el cual subsiste después de la interrupción
de la falla.
1.2 Formación de fulguritas
En las fotos 2 y 3 se presenta la secuencia de
formación de fulguritas con la aplicación de una
sobrecorriente de cortocircuito.
Figura 3.
Foto 2. Fulgurita correspondiente a un cortocircuito de alta magnitud.
Foto 3. Fulguritas correspondientes a un cortocircuito de alta energía.
5
CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
Foto 4. Fulgurita de un FLC de 16 A aplicado en 15.5 kV entre fases.
Foto 5. Fulgurita de un FLC de 25 A aplicado en 23 kV entre fases.
En las fotos 4 y 5 se muestran las fulguritas que se
forman en fusibles ARIAN aplicados en circuitos con
tensión entre fases de 15.5 kV y 23 kV
respectivamente.
1.4 Operación incorrecta
Cuando las fulguritas no son semejantes entre sí y se
presentan “puentes” entre cordones de fulguritas
co-rrespondientes a diferentes cintas, son señal de
que el arqueo del fusible fue errático y la energía
desarrollada fue muy alta. En estos casos es común
que ocurra la explosión del fusible. (véase la foto 6)
6
Foto 6. Operación incorrecta de un FLC
FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
2. CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
2.1 Cintas fusibles
En su diseño y construcción (foto 7) utilizamos plata pura,
metal que presenta las siguientes características:
• Máxima conductividad eléctrica que se traduce en
una pérdida mínima de masa durante el arqueo.
• En consecuencia la energía total I2t generada es
mínima cuando se le compara con la generada por
otros materiales bajo las mismas condiciones de
prueba.
Así por ejemplo, si se utiliza cobre con o sin recubrimiento
de plata u otro material, se tienen las siguientes
desventajas:
• Bajo la aplicación de ciclos de carga diarios, su
resistencia eléctrica se incrementa notablemente por
oxidación.
• Esta característica se traduce en reducción de su vida
útil con la consecuente variación de sus
características corriente-tiempo.
Foto 7
2.2 Núcleo de cerámica (araña)
Hemos optimado tanto el perfil como las
dimensiones de estos núcleos (foto 8) para:
• Disponer de un volumen máximo de arena de
cuarzo en el interior del tubo, también de
cerámica y así obtener una mejor disipación
de la energía de arco generada.
• Por ser de cerámica, durante el arqueo, no
produce trayectorias carbonizadas que lo
favorezcan.
Foto 8
7
CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
2.3 Sistema de disparo
El mecanismo que se aplica en el LIMITADOR
PROTELEC-MT funciona por el empuje que ejerce un
resorte de compresión que permanece en posición
de comprimido por la acción de una excéntrica en
equilibrio, debido a una fuerza de tensión que ejerce
un fino alambre de niquel-cromo. (ver figura 4)
Cuando el fusible opera, las cintas de plata se
funden primero, y después el alambre de niquelcromo. Así, la excéntrica pierde su posición de
equilibrio, liberando el resorte comprimido e
impulsando al percutor.
2.4 Tubo aislante
Utilizamos tubos de cerámica de alta calidad y
excelentes propiedades dieléctricas, que se
caracterizan por su alta capacidad térmica; es decir,
que cuando a uno de nuestros fusibles se le aplica
continuamente su corriente nominal, (prueba de
elevación de temperatura) no sufre ningún
envejecimiento como llega a ocurrir con los tubos de
fibra de vidrio devanada, en combinación con alguna
resina termofija.
2.5 Arena de relleno
Utilizamos arena de cuarzo de alta pureza con un
contenido de óxido de hierro menor al 0.0004%.
La granulometría, compactación (amplitud y
frecuencia) y el secado se controlan cuidadosamente
para obtener un control óptimo del arco eléctrico
durante la interrupción de la falla.
2.6 Contactos exteriores
El metal que utilizamos en su manufactura es lámina
de cobre con acabado plateado para obtener alta
conductividad térmica y eléctrica. Estos capuchones
se ajustan y fijan al tubo de cerámica con materiales
epóxicos de alta calidad, adecuados para trabajar
continuamente con temperaturas que oscilan entre
80º y 130º C.
8
Figura 4.
FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
3. CURVAS DE OPERACIÓN
3.1 Corriente-tiempo promedio
Presentan la relación entre la corriente simétrica rcm aplicada y el tiempo promedio en que opera el fusible, la
tole-rancia que ofrecemos es de ±12% en valores de corriente.
El tiempo mínimo que se muestra en estas curvas, es de 0.01 segundos, por lo que en ningún caso, representa la
operación de los fusibles en su rango limitador de corriente (tiempos menores de 0.004 seg. en 60 Hz.)
El punto donde cada curva deja de ser continua, corresponde aproximadamente a la corriente mínima de
interrupción (I3) que el fusible puede interrumpir con plena seguridad.
La parte con trazo discontinuo de las curvas, termina en 600 seg.
CURVAS CARACTERISTICAS CORRIENTE-TIEMPO DE LOS FUSIBLES
LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT, DE 23KV
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CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
3.2 Limitación de corriente
Estas curvas muestran los valores máximos de la corriente pico instantánea de paso libre que cada fusible permite
circular bajo condiciones de falla para diferentes corrientes de corto circuito, hasta aquella correspondiente a su
capacidad interruptiva máxima.
CORRIENTE DE PASO LIBRE DE LOS FUSIBLES
LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT
4. CARACTERÍSTICAS DE
APLICACIÓN
4.1 Generalidades
Los fusibles limitadores que actualmente fabricamos
son del tipo de respaldo (back up) y cumplen con lo
establecido en las Normas IEC282-1 y ANSIC37.47.
10
Operan satisfactoriamente con sobrecorrientes
comprendidas entre la mínima de interrupción (I3) y
la correspondiente a su capacidad interruptiva (I1)
máxima. (véase la tabla 3, pág. 16).
FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
Su función esencial, es la de proteger equipos y conductores contra sobrecorrientes de corto circuito. Así por
ejemplo, en el caso de los transformadores, los protegen contra fallas internas de baja impedancia, limitando la
energía I2t que suministra la fuente hasta el punto de falla, descartando la posibilidad de falla catastrófica del
transformador y sus accesorios.
Para ampliar el campo de aplicación de estos fusibles, se les asocia en serie con fusibles de expulsión:
En este caso, la corriente mínima de interrupción (I3) del fusible limitador de corriente, debe quedar a la izquierda
del punto de intersección de las dos curvas corriente-tiempo. (ver figura 5)
Figura 5. Aplicación serie de un fusible limitador de corriente con un fusible de expulsión.
El fusible de expulsión operará con corrientes de sobrecarga y el limitador con sobrecorrientes mayores, hasta su
capacidad interruptiva (I1).
De esta forma la protección contra sobrecorrientes de baja magnitud, menores a la mínima de interrupción (I3)
del fusible limitador, se obtiene con los fusibles de expulsión.
En el caso de transformadores, las corrientes de falla de baja magnitud, son aquellas que ocurren externamente
a la máquina o bien son fallas internas de alta impedancia.
Cuando estos fusibles operan, cualesquiera que sea la magnitud de la corriente de falla comprendida entre I1 e
I3, no emiten hacia el exterior gases ionizantes y no generan ruido alguno, características que los hace adecuados
para instalarse en gabinetes cerrados de servicio interior.
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CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
Figura 6. Curvas características utilizadas con fusibles de un transformador, en sus lados primario y secundario.
4.2 Protección de transformadores
Se presenta la secuencia a seguir para seleccionar la
corriente nominal de los fusibles utilizados en la
protección primaria de transformadores.
En la figura 6 se muestra esquemáticamente la
relación que deben guardar entre sí las curvas
características corriente-tiempo de acuerdo a los
equipos involucrados.
4.3 Observaciones
La curva característica corriente-tiempo mínimo de
fusión del fusible de media tensión, se debe localizar
a la derecha de la curva corriente-tiempo (curva de
energización) del transformador considerado.
12
Esta curva se traza con los siguientes puntos:
Múltiplos de In
25
12
6
3
Tiempo de duración
(segundos)
0.01
0.10
2.00
10.00
La corriente nominal del fusible primario debe ser
mayor que la corriente de plena carga del
transformador en una cantidad tal que:
• Se pueda sobrecargar al transformador en
condiciones de servicio.
• Se tome en consideración la instalación de los
fusibles en un lugar estrecho y cerrado sin
exceder los límites de temperatura
especificados.
• Se considere el incremento de la temperatura
ambiente sobre la temperatura normalizada.
FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
TABLA 1
SELECCIÓN DE FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT,
PARA LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES.
Para eliminar rápidamente las fallas de los devanados
y las fallas secundarias, la corriente de fusión en la
región de los 10 segundos debe ser lo más baja posible.
La coordinación completa entre los fusibles primarios
y secundarios o entre aquellos y cualquier otro
dispositivo de protección en el lado secundario se
obtiene cuando:
El punto B de intersección entre la curva de fusión
mínima del fusible primario y la curva de interrupción
total de dispositivo secundario, debe obtenerse con
un valor de corriente mayor que la máxima corriente
de falla en el lado de la carga.
Corriente nominal de los fusibles:
Se recomienda que la relación que deban guardar
entre sí la corriente nominal de los fusibles y la del
transformador sea de aproximadamente 2.
Se define la relación de fusión de la siguiente forma:
Aplicando este criterio, en la Tabla 1 se presentan las
corrientes nominales que recomendamos para
proteger los transformadores trifásicos indicados.
Notas:
Se pueden utilizar fusibles cuya distancia entre
hombros D/H sea:
*1
192 ó 292 mm
*2
292 ó 442 mm
*3
442 ó 537 mm
(ver tabla 1)
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CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
Se considera un factor de sobre carga 1.5 y se toma
en cuenta el requisito para las corrientes de
magnetización establecidos en la Norma IEC 787.
Sin embargo, para 125 A recomendamos usar 537
mm es decir, aplicar la clave 23 PTC 125 LG de
nuestros numeros de catálogo, según tabla 2.
Ejemplo:
Selección de los fusibles para proteger un
transformador trifásico de 750 kVA. Con tensión
primaria de 23 kV y tensión secundaria de 220 Volts
entre fases.
Corriente nominal primaria
Relación de fusión a utilizar Rf = 2
Corriente nominal del fusible a seleccionar
If=2x 18.827 A = 37.6 A
Se utilizan entonces:
3 fusibles del tipo de respaldo de 40 A a 23 kV
Figura 7
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FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
5. DATOS GENERALES
TABLA 2
DATOS GENERALES DE LOS FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE
MARCA PROTELEC-MT
*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros
fusibles. (véase la figura 8)
Acotaciones
en mm
Figura 8
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CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
TABLA 3
EJEMPLOS DE FORMACIÓN DE NUESTROS NUMEROS DE CATÁLOGO
TABLA 4
CAPACIDAD INTERRUPTIVA
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FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN
TABLA 5
EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT
Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP)
*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles.
TABLA 6
EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT
Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP)
*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles.
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CORPORATIVO ARIAN, S.A. DE C.V.
TABLA 7
EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT
Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP)
*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles.
TABLA 8
EQUIVALENCIAS ENTRE LOS FUSIBLES MARCA PROTELEC-MT
Y LOS DE DRIWISA, TODOS ELLOS DEL TIPO DE RESPALDO (BACK-UP)
*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles.
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OTROS PRODUCTOS:
FUSIBLE
(baja tensión)
ESLABÓN FUSIBLE UNIVERSAL
(media tensión)
UNIDAD FUSIBLE DE POTENCIA
ABX-23