cortocircuito fusible

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONALFACULTAD REGIONAL TUCUMANDEPARTAMENTO ELECTROTECNIA

CÁTEDRA: INSTALACIONES ELÉCTRICAS Y LUMINOTECNIACARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA

Cortocircuito fusible

Definición:Elemento de conexión que por la fusión de uno o más de sus componentes, abre el

circuito en el cual se intercala e interrumpe la corriente, cuando esta excede un valor dado durante un tiempo suficiente.

Fusible de baja tensión (BT): dispositivo cuya tensión nominal no pasa de los 600[V].

Diazet 2 a 500[A] – 600[V] – cap rupt 70[KA]Tipo constructivos NH 10 a 1600[A] – 600[V] – cap rupt 100[KA]

Americanos uso restringidoEuropeo – cap rupt 60 y 100[KA]

Uso general: capas de interrumpir cualquier corriere desde la mínima que produce su interrupción hasta la correspondiente a su cap de rupt

En base a la Respaldo: puede interrumpir desde la mínima especificada

función de y la cap de rupt (solo protege contra corto circuito)trabajo

Clasificación Limitador: interrumpe el crecimiento de la corriente antes

que esta alcance su primer pico natural, además lleva la corriente a cero antes del pasaje normal por cero de la onda de corriente

No limitadores: deja pasar el primer ciclo de corriente (los primeros picos están presentes con muy pequeña o con atenuación debido al incremento de la (R) de los elementos del circuito por el aumento de la temperatura.Para la interrupción definitiva separa el pasaje normal por cero de la onda

Descartadles: por regla general una vez que opera debe ser remplazado

Auto restauradores: se restablece automáticamente

Cerrados Abiertos

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GeneralLos fabricantes aportan información

Particular

General: Corriente nominal Tensión nominal

Valores nominales capacidad de ruptura Tipo de corriente o frecuencia Aplicaciones específicas Potencia disipada

Tiempo/corriente Corrección por temperatura ambiente

Graficas características o de repuesta Corrección por altura Limitación de corriente de cortocircuito

Energía especifica

Protección de canalización de alumbrado

La protección de conductores se puede efectuar en general mediante cortocircuito fusible, mediante interruptores automáticos y cuando se trata de protección escalonadas e puede combinar interruptores automáticos y cortocircuito fusibles.

Protección mediante cortocircuito fusible

Cortocircuito fisible: elemento de conexión que por la fusión de uno o mas de sus elementos abre el circuito en el cual se instala o interrumpe la corriente cuando esta excede de un valor dado durante un tiempo suficiente.Los fabricantes aportan información general y particular de ellos.La información general se compone de valores nominales y de las graficas características o de repuesta.Los valores nominales son:

a)- corriente nominalb)- tensión nominalc)- capacidad de rupturad)- tipo de corrientee)- aplicación específicaf)- potencia disipada

De las graficas, la más común es la característica tiempo/corriente, que es la curva que da el tiempo virtual en función de la corriente presunta de ruptura en condiciones establecidas de operación.

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Característica tiempo / corriente

t

Ip

Curva característicade interrupción

Curva característicadel tiempo de fusión

tI 2

3



Corriente presunta: la corriente presunta de un circuito s la corriente que fluirá en un circuito si el cortocircuito fuera remplazado por una lamina de impedancia despreciable, sin ningún otro cambio, ni en el circuito ni en la fuente.

Tiempo de arco: o de extinción, lapso entre el instante de iniciación del arco y el instante en que este se extinga.

Tiempo de pre arco: o de fusión, lapso entre el comienzo de la circulación de una corriente suficiente como par fundir el elemento fusible y el instante en que se inicia el arco.

Tiempo de operación: suma del tiempo de pre arco y el tiempo de arco.

Tiempo virtual: dividido por el cuadrado de la corriente presunta de ruptura (corriente presunta correspondiente al instante de iniciación del arco durante la operación de ruptura)

Io: corriente de pasoIc: corriente de crestats: tiempo de fusiónti: tiempo de extinción

ttits

Io

Ic

I

Oscilo grama de una interrupción de un cortocircuito por un fusible Cortocircuito por un fisible

t

U

4



Corriente de ruptura limite (de paso): es el valor máximo instantáneo alcanzado por la corriente durante la operación de ruptura del cortafucible, cuando opera en forma de evitar que la corriente alcance el valor máximo al que llegaría en ausencia de la corta fusible.Otra característica que aporta el fabricante es la de limitación de corriente para los fusibles tipo limitadores.

El término limitador significa que el fusible interrumpe la corriente de cortocircuito, si esta es suficientemente grande, impidiendo que se alcance el valor de cresta determinado, o sea, comienza el proceso de interrupción (fin del periodo del pre arco y comienzo del lapso de arco) antes del instante qu se producirá el pico.Este es uno de los principales ventajas del fusible frente a otros dispositivos de protección (auque últimamente estas fabricándose interruptores que posen estas características).Hemos dicho que se presentaba la limitación siempre y cuando la corriente fuera suficientemente grande (mayor que el valor umbral), esto significa que la energía que absorbe el fusible antes del primer pico (fijada por el grado de asimetría de la corriente que o atraviesa) es suficiente para iniciar el proceso de interrupción. Otra característica, menos común, aportada por el fabricante es la de energía específica.Recordemos que es la energía que deja pasar el fusible hasta que interrumpe definitivamente la corriente.

Según Joule la energía es :

Por razones de brevedad se denomina por lo tanto:

Umbral del corte

2krupt II Ic

Ip

Im4

Im3

Im2

Im1

In1…Im2: corrientes nominales de los fusibles

Ic: valor máximo de la corriente de ruptura limite (de paso)

Ip: corriente presunta

Recta de limitación de corriente de Corto circuito propiamente dicho

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La energía especifica varia según la corriente de falla, tensión aplicada y relación x/R

Las normas IRAM indican las características (b) en la cual la tensión nominal es cte, por lo tanto queda como única variables X/R e I presunta.

500[V] 95[KA]

380[V] – 60[KA]

E. especifica del pre arco

E. especifica de arco

I2t

In20010025

4.000

10.000

I2t

tota

fusión

In= 40[A]

6



Interruptores automáticos protectores de instalaciones para In iguales o menores a 65[A]

Normas IRAM 2169/70In= 6 – 10 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63Opcional: 5 – 10 – 15 – 20 – 25 – 30 – 35 – 50 – 60

Capacidad de ruptura

Tipo de corriente In[A] Capacidad de ruptura [KA]

Alterna con cosenofi=0

In 25 1,5

25 In 40 2,040 In 63 2,5

Continua 25 1,0

Clasificación:

Corriente continúaI – natural de la corriente Corriente alterna

Para ambas corrientes

Unipolar Bipolares con 1 polo protegido Bipolares con 2 polos protegidos

II – numero de polos Tripulares con 2 polos protegidos Tetrapolares con 3 polos protegidos Tetrapolares con 4 polos protegidos

fijoIII – montaje a rosca

Extraíbles a presión

IV – según la característica de desenganche

Tipo L: cuya corriente nominal esta basada en el criterio acotado ahora fusibles de uso domestico y aplicaciones similares

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Tipo H: similar al anterior, pero de operación más rápida con moderadas sobrecargas

Tipo G: cuya corriente nominal es substancialmente la máxima corriente que el interruptor puede soportar indefinidamente sin desenganchar

Tipo F: similar al anterior, pero compensado a temperatura ambiente

Protección mediante interruptores automáticos termo magnéticos

Estos son interruptores automáticos p/accionamiento manual con disparo automático. Tiene en cada via de corriente disparadores de sobreintencidad térmicamente retardados para la protección contra sobrecargas y disparadores electromagnéticos rápidos en caso de cortocircuitosLa curva o característica media de intensidad/tiempo es la que indica la figura.

Clasificación :

Corriente continúaNaturaleza de la corriente Corriente alterna

Ambas corrientes

Unipolar Bipolar con 1 polo protegidoNumero de polos Bipolar con 2 polo protegido Tripular con 2 polos protegidos Tetrapolar con 3 polos protegidos Tetrapolar con 4 polos protegidos

fijosMontaje A rosca Extraíble A presión

Según las características de desenganche

2h

Ir

t

8

El disparo contra sobrecargas tiene una corriente limite que se encuentra entre 1,05 y 1,2 beses la In y dispara el interruptor en aproximadamente 2 hs.La corriente reacción del disparador electromagnético es de 2,5 a 3 In en ejecución R



Tipo L: cuya corriente nominal esta basada en el criterio adoptado para fusibles de uso domestico y aplicaciones similares.Sirven para proteger líneas.

Tipo H: similar al anterior pero de operación más rápida, con moderadas cargas. Son aptos para instalaciones con baja corriente de cortocircuito debido a que el disparador rápido de cortocircuito esta ajustado a intensidades reducidas (uso domestico)

Tipo G: cuya característica nominal es substancialmente la máxima corriente que el interruptor pueda soportar indefinidamente sin desenganchar.Son especialmente apropiados debido a su característica para proteger trafos pequeños y motores.

Tipo F: similar al anterior, pero compensado a temperaturas ambiente.

minuto

seg.

m seg.

t

x In 40201043215

GLH

240

120

60

10

100

1

1

10

1

10

3

5

12

La norma EN 60898

Curva B: 3 a 5 InCurva C: 5 a 10 InCurva D: 10 a 20 In

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Según el tipo de extinción de arco se puede diferenciar dos genero constructivos:

a)- interruptores de protección con extinción al paso por cero de la corriente.b)- interruptores de protección con limitación de la corriente.

Extintores al paso por cero: el arco de desconexión de corriente alterna se apaga cuando esta alcanza un paso natural por cero.

Los valores elevados de Is originan grandes fuerzas de separación en los contactos. Los interruptores tienen conforme a esto, elevadas fuerzas de contactos, o una amplificación electromagnética de las fuerzas de contacto para que estos puedan ser mantenidos cerrados hasta que reaccionen los disparadores electromagnéticos sin retardo contra cortocircuitos.

t

iu

Ur

i

Is

2º paso

11

1º paso

Apertura de los contactos

Ub

un

10



En el caso cortocircuito el brazo de palanca es aportado del contacto fijo a causa e la fuerza repulsivas que actúan entre dos contactos paralelos, la cual se convierte en una fuerza opuesta al brazo de palanca corta y por consiguiente la fuerza de contacto es amplificada.

Limitación de la corriente: la corriente de choque Is es limitada a una corriente de paso Ib de menor intensidad. Esta limitación puede ser alcanzada por diversos métodos.

a)- con elevada resistencia propia: la resistencia de lavia de corriente con la bobina de calefacción de las bandas by metálicas, así como la resistencia de la bobina del disparador electromagnético, son muy elevadas y pueden permitir que el interruptor , tanto térmico como electrodinamicamente, puede dominar e interrumpir cualquier cortocircuito.Se emplea en interruptores de protección con baja corriente de ajuste en los disparadores térmicos ( aproximadamente 2,4[A])

b)- con tiempo propio extremadamente corto y elevada tensión de arco: al igual que n los fusibles se llenan 2 requisitos1)- abrir los contactos antes de que sea alcanzado el valor de cresta de Is 2)- conexión inmediata de una elevada resistencia en el circuito en forma de una elevada tensión Ub

Sentido de la fuerza de repulsión

Sentido de la aplicación de la fuerza de contacto

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La rápida apertura de los contactos es lograda en los interruptores pequeños haciendo impactar directamente la armadura de percusión en los contactos (figura A).En los interruptores mas grandes los contactos fijaos y móviles se disponen de tal forma que la corriente fluya por ellos en sentido contrario (figura B).

Ub

Is: corriente de choqueIo: corriente de pasots: tiempo de fusiónti: tiempo de extinciónUb: tensión de arco

ttits

Io

Is

I

t

U

12



Una rápida y levada tensión de arco se logra por medio de apropiadas formas de contactos y por medio de la ejecución de las cámaras apaga chispas.Interruptores de protección limitadores de corriente, dominan corrientes de cortocircuito mas elevadas que los de excitación al paso por cero de igual intensidad nominal.

Armadura de percusión

Figura A

Sentido de la fuerza de repulsión

Figura B

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Automático termo magnético

Compuesto por dos elementos:

Térmico: protección contra sobrecargasMagnético: protección contra cortocircuito

Térmico:

Magnético:

Curva característica

IfInfInIp

tv

][63][2_30,1

][63][1_05,1

AparaIhtconII

AparaIhtconII

nvnf

nvnnf

In: nominal o regulaciónInf: corriente de no disparoIf: corriente de disparo seguro

t

Im

tv

Ip

Im: corriente de disparo de tiempo instantáneo

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Unidades electromagnéticas

Característica de cortocircuito

Poder de interrupción de cortocircuito Icu

secuencia de operación 0 – t – C – 0 Valor eficaz de la componente simétrica kA

Poder de interrupción de cortocircuito de servicio Ics

Secuencia de operación 0- t – C0 – t – C0

tv

Ip

2

1

3

1: mínimo y máximo disparo térmico para estado frió2: mínimo y máximo disparo térmico para estado caliente3: umbral de disparo magnético

captador tratamiento disparador

Toma las señales analógicas del circuito a proteger.Transformadores de corriente externos o sensores internos incorporados en el interruptor

Se conviertan la señal semanera que pueda ser tratada por el circuito electrónico (comparadores, integrado, etc.) para dar una señal binaria (1 o 0)

La señal se comunica al disparador que puede ser de distintos tipos

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Se expresa como un porcentaje de Icu (50% Icu, 100% Icu)

Corriente admisible de breve duración Icw

El valor mas elevado de corriente que el interruptor (sin relee instantáneo) es capaz de soportar por un determinado tiempo: como mínimo 0,05 s; preferentemente 0,1 – 0,25 – 0,5 – 1s Para: In 2500[A] Icw 12 In (5 Ka como máximo)

In 2500[A] Icw 30 KA

Poder de cierre de cortocircuito Icm

El máximo valor de corriente que el interruptor es capaz de establecer cuando cierra con un cortocircuito en su salida.Esta expresado como el máximo valor pico de corriente presunta y se indica por un múltiplo de Icu

Icu [KA] Factor de potencia

Valor mínimo requerido para m

m= Icm/Icu4,5 Icu 6 0,70 1,56 Icu 10 0,50 1,710 Icu 20 0,30 2,020 Icu 50 0,25 2,1

50 Icu 0,2 2,2

Categoría de utilización

Categoría A: interruptor no diseñado específicamente para selectividad con otro dispositivo de protección contra cortocircuito

Categoría B: diseñado específicamente para selectividad con otro dispositivo de protección contra corto circuito (con un corto retardo intencional de tiempo ajustable o no)

Elección de un interruptor automático

Se debe conocer como máximo los siguientes datos:

a)- corriente de proyecto [A] corriente de cargab)- Icc corriente de cortocircuito presunta en los puntos de instalación del o los interruptores automáticosc)- Un tensión nominal del línea del sistema [V]d)- f frecuencia del sistema [H]

la corriente nominal del interruptor Iu debe ser

I proyecto In I admisible del cable

El poder de interrupción (de corte, de ruptura, etc.) de cortocircuito final del interruptor Icu

Icu Icc presunta (en el punto de instalación)

Temperatura ambiente: deberá afectarse por un factor dado por el fabricante si en el lugar de instalación, la temperatura difiere de la asignada por el fabricante

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IIcu2Icc2Iau2Is

Zona de selectividad

Abre C1 y C2Solo abre C2



Continuidad de del servicio

La elección puede realizarse para:

Selectividad total entre 2 disparadores en serie Selectividad parcial

Coordinación entre interruptores automáticos

La coordinación se aplica a dos interruptores conectados en serie, cuando aparece un cortocircuito aguas a bajo del interruptor mas alejado de la fuente.La coordinación permite introducir los conceptos

Filiación Selectividad

Filiación: es la utilización del poder de limitación de los interruptores automáticos. Esta limitación ofrece la posibilidad de instalar aguas a bajo interruptores automáticos con menores poderes de corte. Los interruptores automáticos de aguas arriba juegan entonces un poder de barrera para las fuertes intensidades de cortocircuito, permitiendo de esta forma a interruptores automáticos de poder de corte inferior a la intensidad de corto circuito presunta en el punto de instalación, sea solicitada con sus condiciones nominales de corte.La limitación de la intensidad se hace a todo lo largo del circuito controlado por el interruptor automático limitador de aguas arriba.La filiación afecta a todos los aparatos colocados aguas abajo de este interruptor automático.

En el caso de la figura consiste en instalar un aparato Cz en un punto de la instalación donde la corriente de cortocircuito Icc2 es mayoral paso de interrupción de cortocircuito ultimo Icu2 del interruptor, por que esta protegido o respaldado por otro interruptor C1 entre los valores de corriente del cortocircuito comprendido entre los poderes de interrupción de ambos interruptores.

La filiación no queda limitada solo a dos aparatos consecutivos ya que pude realizar incluso con interruptores ubicados tableros distintos.El poder de corte del aparato de aguas arriba debe ser mayor o igual a la corriente de cortocircuito presunta en su punto de instalación.La filiación solo puede verificarse mediante ensayos en laboratorio y las asociaciones posibles únicamente pueden ser dadas por los fabricantes.

Selectividad: Es la coordinación de los dispositivos de corte automáticos para que un defecto producido en un punto cualquiera de la red, sea eliminado por el interruptor automático colocado inmediatamente aguas arriba del defecto y solo por el

C2

C1

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1- Protección sobre las sobrecargas

selectivita amperometrica: la protección es selectiva si la relación entre los umbrales de regulación es superior a1,6 (en el caso de los interruptores automáticos de distribución).

2- Protección contra los cortocircuitos débiles

selectividad cronométrica: el disparo del automático de aguas arriba esta ligeramente temporizado; el disparador del aparato de agua abajo es mas rápido.La protección es selectiva se la relación entre los umbrales de protección contra los cortocircuitos es mayor o igual a 1,5

3- Protección contra los circuitos elevados

selectividad energética: la selectividad energética es una mejora y generalización de la selectividad cronométrica. La selectividad es total si, para cualquier valor de la corriente de cortocircuito presunta (Ip), la energía que deja pasar el interruptor automático situado aguas abajo es inferior a la energía necesaria para entrar en acción el relee del interruptor automático situado aguas arriba.La protección es selectiva si la relación entre los calibres de los interruptores automáticos es superior a 2Las tablas de selectividad aportadas por los fabricantes indican para cada asociación de los interruptores automáticos si la selectividad es total o parcial

3

2

1

C2

C1tv

Ip

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