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Fusibles

Fusibles
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Componente de seguridad utilizado para prevenir daños por exceso de corriente eléctrica

Fusible. En electricidad el fusible es un componente de seguridad utilizado para prevenir daños por exceso de corriente eléctrica en un circuito eléctrico, o para la protección general de equipos eléctricos o electrónicos y redes eléctricas. Está compuesto esencialmente por un conductor fino que se deshace a una determinada temperatura y diseñado para que pueda colocarse fácilmente en el circuito eléctrico. Si la corriente del circuito excede un valor predeterminado, el conductor fusible se derrite y se rompe o abre el circuito eléctrico.

Historia

Es el dispositivo más antiguo de protección de los circuitos eléctricos y actualmente su uso está muy difundido alrededor del mundo, la primera etapa de su desarrollo comienza en el año 1774, período donde se publican resultados de investigaciones en el estudio del efecto de la electricidad sobre las plantas, animales y humanos, para lo cual se producían corrientes elevadas mediante descargas de condensadores usando protecciones con un conductor de baja sección. Más tarde, fueron apareciendo artículos describiendo muchos experimentos y explicando algunas aplicaciones simples, como la protección de sistemas telegráficos.

Diseños

Los diseños iniciales eran de tipo abierto, por lo que cuando fundía el fusible este era expulsado en forma de gotas, según la corriente eléctrica que lo fundía, por lo que el riesgo de incendio y de daño personal era muy alto, y por tanto se comenzó a introducir el fusible en tubos de vidrio con ambos extremos abiertos, reduciendo los riesgos citados, sin anularlos totalmente. En este tipo de fusible, no se podían tapar los extremos del tubo, ya que cuando operaba en corrientes altas, este explotaba.

En el año 1880, en Estados Unidos Thomas Alva Edison muestra la primera patente sobre fusibles, en ese tiempo, la principal aplicación era en la protección de las encarecidas lámparas eléctricas, que se deterioraban por sobrecorriente y sobretensiones que se generaban en los reguladores de tensión usados en esa época. El primer fusible cerrado fue patentado por W. M. Mordey en Inglaterra en el año 1890.

Investigaciones científicas de Meyer

A partir del año 1906, el investigador alemán Meyer publica un libro relacionado con el análisis del proceso de fusión de los fusibles, con un alto grado científico. En esta etapa, los esfuerzos de los científicos se consagraron a la predicción de la relación entre el material y dimensiones del fusible y aunque tardaron, se comienza a entender el comportamiento térmico del fusible y se definió el principal parámetro de trabajo para esa época, la "corriente mínima de fusión". Se presenta la denominada constante de Meyer, valor que permite determinar el tiempo de fusión de un fusible por la densidad de corriente que lo atraviesa y en función del material empleado bajo determinadas condiciones (sin intercambio de calor).

En forma analítica, la constante de Meyer es el valor de la integral de la densidad de corriente elevada al cuadrado, la cual almacena en el elemento una cantidad de calor suficiente para provocar la fusión, integral que recibió el nombre de energía específica.

Evolución

En este período del desarrollo, los sistemas eléctricos comenzaron a migrar de corriente continua a corriente alterna, ya que los primeros fusibles solo trabajaban en corriente continua, se empieza a elevar la tensión de trabajo, asumiendo sistemas con algunas decenas de kV. En esta etapa se disponía fusibles abiertos, preparados de funcionar desde unos pocos voltios hasta los 70 kV, recibiendo el nombre de "fusible de expulsión", teniendo muy poca capacidad de interrupción de corriente.

Estos fusibles de alta tensión se colocaban en lugares solitarios y elevados del poste, para disminuir el riesgo de daño por los elementos expulsados. Por lo que solo podían emplearse fusibles en esas tensiones y para corrientes bajas.

Para la protección y operación de estos sistemas de mayor tensión, exitían interruptores basados en la extinción en aceite, naciendo la idea de emplear una combinación de interruptor en aceite y fusible, denominado "fusible líquido o de aceite". El elemento fusible, tensionado por un resorte, se encuentra dentro que el fusible se debilita por la temperatura alcanzada, el resorte lo corta y desplaza, alargando el arco eléctrico que se apaga en aceite. Este dispositivo, en uso durante varios años, permitía potencias de interrupción mucho mayores que las de expulsión.

La gran variedad de diseños disponibles comercialmente y las diferencias en los criterios de diseño y aplicación, condujeron a la necesidad de normalizar, momento en el cual se comienza a trabajar en las normal específicas a fin de poder garantizar uniformidad e intercambiabilidad entre fabricantes. Se aprueban normas sobre fusibles en Norteamérica, Alemania e Inglaterra, que eran los países que lideraban el desarrollo.

Durante la década de 1940 se inicia con el nacimiento del dispositivo denominado fusible de potencia, introducido por investigadores alemanes. Durante esa etapa, se efectuaron extensos estudios sobre el fenómeno de extinción del arco eléctrico. Hasta finales de la Segunda Guerra Mundial, año 1945, comenzaron a aparecer nuevos e ingeniosos diseños de fusibles, con una importante variedad en distintos tipos y aplicaciones. Actualmente el fusible de elevada capacidad de interrupción, alcanza niveles de tensión del orden de los 60 kV y constituye el dispositivo con mayor capacidad volumétrica en el manejo de fallas de energía.

Funcionamiento

Se utiliza instalándolo entre la fuente de energía y el circuito eléctrico que esta alimenta. En los equipos eléctricos y electrónicos, viene dentro del aparato, funcionan derritiéndose cuando la corriente eléctrica circulante supera los valores predeterminados.

Clasificación

  • Fusible de rosca
  • Fusible de cartucho
  • Fusible de lámina
  • Fusible de alta capacidad de ruptura
  • Fusible de cristal
  • Fusible de cerámica

Clasificación según su uso

Está dada por dos letras, de acuerdo con la Norma IEC 60269-1, la primera minúscula y la segunda mayúscula.

La primera letra indica:

g: fusible limitador de corriente, actúa tanto en presencia de corrientes de cortocircuito como en sobrecarga.

a: fusible limitador de corriente, actúa solamente en presencia de corrientes de cortocircuito. No actúa en situaciones de sobrecarga

La segunda letra indica:

G: fusible para protección de circuitos eléctricos de uso general.

L: fusible para protección específica de líneas.

M: fusible para protección específica de circuitos de motores.

R: fusible de actuación rápida o ultra-rápida para protección de circuitos con semiconductores de potencia.

De esta forma, hay fusibles de tipo gG, Gl, gR, aG, aR.

Parámetros básicos

Corriente Nominal In: Es la corriente eléctrica que debe soportar el fusible durante un tiempo indefinido sin fundirse o modificar sus características físicas

Corriente de fusión If: Valor de corriente eléctrica que provoca la fusión del fusible en tiempo determinado.

Máxima tensión de funcionamiento: Tensión máxima que soporta un fusible sin sufrir daños en su aislamiento.

Véase también

Fuentes