Conceptos importantes de Electricidad y de aparatos

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)
2,2/2,4
3,3/3,6
6,6/7,2
13,2/17,5
24/27
30/36
Distancia (mm)
110
140
220
250
340
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).