fusibles hh

Manual de

operación,

construcción

y aplicación

mpresa mexicana dereciente creación. Surge

como una necesidad a laexperiencia acumulada

durante más de 30 años,en el diseño y manufactura de

fusibles en media tensión,aplicando moderna tecnología

matemática semiempírica, la cuales verificada tanto en nuestrolaboratorio como en el de alta

potencia de Comisión Federal deElectricidad (CFE).

La marca respalda fusibles quesatisfacen 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

C O N T E N I D O

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.

4

Foto 1

Figura 1

Figura 2

Por ejemplo si la sobretensióngenerada es apenas mayor que lamáxima tensión instantánea a lafrecuencia de estado estable (50 ó60 Hz) figura 2, la limitación decorriente es escasa y la energíaasociada es grande.

En cambio, si la sobretensión esrelativamente alta la limitación essatisfactoria.

1. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN

1.1 ¿Qué es un fusible limitador de corriente?

Es un dispositivo de seguridad que se diseña paraoperar con sobrecorrientes de diversas magnitudes.(ver foto 1)

Si la corriente de falla es muy grande, el fusible lainterrumpe; limitándola, sin permitir que alcance suvalor máximo instantáneo. Esta forma de operaciónse ejemplifica en la figura 1

La limitación de corriente se obtiene por lainclusión que hace el fusible de una resistenciaeléctrica transitoria de muy alta magnitud en elcircuito en donde se le instala. El efecto resultante,es la generación de una sobretensión instantáneade cuya magnitud dependen el grado de limitaciónobtenido y la energía 12t asociada.

FUSIBLE LIMITADOR DE CORRIENTE TIPO RESPALDO (BACK-UP) PARA MEDIA TENSIÓN

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Foto 2. Fulgurita correspondiente a un cortocircuito de alta magnitud.

Foto 3. Fulguritas correspondientes a un cortocircuito de alta energía.

Figura 3.

Con sobretensiones mayores de 3 veces aún cuandola operación de los fusibles sea satisfactoria, sepuede dañar el aislamiento de los equipos asociadosy en algunos casos se pueden hacer operar losaparta-rrayos. Las sobretensiones transitorias quegeneran nuestros fusibles están comprendidas entre1.6 y 1.8 veces la tensión máxima instantánea deestado estable y la limitación de corrientessatisfactoria.

1.2 Formación de fulguritas

En las fotos 2 y 3 se presenta la secuencia deformación de fulguritas con la aplicación de unasobrecorriente de cortocircuito.

En el núcleo de la fulgurita, se pueden alcanzartemperaturas del orden de 20,000K. En esta regiónla arena se funde totalmente y forma un tubo hueco(figura 3) el cual subsiste después de la interrupciónde la falla.


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Foto 4. Fulgurita de un FLC de 16 A aplicado en 15.5 kV entre fases.

Foto 6. Operación incorrecta de un FLC

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 seforman en fusibles ARIAN aplicados en circuitos contensión entre fases de 15.5 kV y 23 kVrespectivamente.

1.4 Operación incorrecta

Cuando las fulguritas no son semejantes entre sí y sepresentan “puentes” entre cordones de fulguritasco-rrespondientes a diferentes cintas, son señal deque el arqueo del fusible fue errático y la energíadesarrollada fue muy alta. En estos casos es comúnque ocurra la explosión del fusible. (véase la foto 6)


7Foto 8

Foto 7

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 enuna pérdida mínima de masa durante el arqueo.

• En consecuencia la energía total I2t generada esmínima cuando se le compara con la generada porotros materiales bajo las mismas condiciones deprueba.

Así por ejemplo, si se utiliza cobre con o sin recubrimientode plata u otro material, se tienen las siguientesdesventajas:

• Bajo la aplicación de ciclos de carga diarios, suresistencia eléctrica se incrementa notablemente poroxidación.

• Esta característica se traduce en reducción de su vidaútil con la consecuente variación de suscaracterísticas corriente-tiempo.

2.2 Núcleo de cerámica (araña)

Hemos optimado tanto el perfil como lasdimensiones de estos núcleos (foto 8) para:

• Disponer de un volumen máximo de arena decuarzo en el interior del tubo, también decerámica y así obtener una mejor disipaciónde la energía de arco generada.

• Por ser de cerámica, durante el arqueo, noproduce trayectorias carbonizadas que lofavorezcan.


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Figura 4.

2.3 Sistema de disparo

El mecanismo que se aplica en el LIMITADORPROTELEC-MT funciona por el empuje que ejerce unresorte de compresión que permanece en posiciónde comprimido por la acción de una excéntrica enequilibrio, debido a una fuerza de tensión que ejerceun fino alambre de niquel-cromo. (ver figura 4)

Cuando el fusible opera, las cintas de plata sefunden primero, y después el alambre de niquel-cromo. Así, la excéntrica pierde su posición deequilibrio, liberando el resorte comprimido eimpulsando al percutor.

2.4 Tubo aislante

Utilizamos tubos de cerámica de alta calidad yexcelentes propiedades dieléctricas, que secaracterizan por su alta capacidad térmica; es decir,que cuando a uno de nuestros fusibles se le aplicacontinuamente su corriente nominal, (prueba deelevación de temperatura) no sufre ningúnenvejecimiento como llega a ocurrir con los tubos defibra de vidrio devanada, en combinación con algunaresina termofija.

2.5 Arena de relleno

Utilizamos arena de cuarzo de alta pureza con uncontenido de óxido de hierro menor al 0.0004%.

La granulometría, compactación (amplitud yfrecuencia) y el secado se controlan cuidadosamentepara obtener un control óptimo del arco eléctricodurante la interrupción de la falla.

2.6 Contactos exteriores

El metal que utilizamos en su manufactura es láminade cobre con acabado plateado para obtener altaconductividad térmica y eléctrica. Estos capuchonesse ajustan y fijan al tubo de cerámica con materialesepóxicos de alta calidad, adecuados para trabajarcontinuamente con temperaturas que oscilan entre80º y 130º C.


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CURVAS CARACTERISTICAS CORRIENTE-TIEMPO DE LOS FUSIBLESLIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT, DE 23KV

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, latole-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 laoperación 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 deinterrupción (I3) que el fusible puede interrumpir con plena seguridad.

La parte con trazo discontinuo de las curvas, termina en 600 seg.


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4. CARACTERÍSTICAS DEAPLICACIÓN

4.1 Generalidades

Los fusibles limitadores que actualmente fabricamosson del tipo de respaldo (back up) y cumplen con loestablecido en las Normas IEC282-1 y ANSIC37.47.

Operan satisfactoriamente con sobrecorrientescomprendidas entre la mínima de interrupción (I3) yla correspondiente a su capacidad interruptiva (I1)máxima. (véase la tabla 3, pág. 16).

3.2 Limitación de corriente

Estas curvas muestran los valores máximos de la corriente pico instantánea de paso libre que cada fusible permitecircular bajo condiciones de falla para diferentes corrientes de corto circuito, hasta aquella correspondiente a sucapacidad interruptiva máxima.

CORRIENTE DE PASO LIBRE DE LOS FUSIBLESLIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT

Su función esencial, es la de proteger equipos y conductores contra sobrecorrientes de corto circuito. Así porejemplo, en el caso de los transformadores, los protegen contra fallas internas de baja impedancia, limitando laenergía I2t que suministra la fuente hasta el punto de falla, descartando la posibilidad de falla catastrófica deltransformador 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 izquierdadel punto de intersección de las dos curvas corriente-tiempo. (ver figura 5)

El fusible de expulsión operará con corrientes de sobrecarga y el limitador con sobrecorrientes mayores, hasta sucapacidad 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 externamentea 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 eI3, no emiten hacia el exterior gases ionizantes y no generan ruido alguno, características que los hace adecuadospara instalarse en gabinetes cerrados de servicio interior.


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Figura 5. Aplicación serie de un fusible limitador de corriente con un fusible de expulsión.


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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 lacorriente nominal de los fusibles utilizados en laprotección primaria de transformadores.

En la figura 6 se muestra esquemáticamente larelación que deben guardar entre sí las curvascaracterísticas corriente-tiempo de acuerdo a losequipos involucrados.

4.3 Observaciones

La curva característica corriente-tiempo mínimo defusión del fusible de media tensión, se debe localizara la derecha de la curva corriente-tiempo (curva deenergización) del transformador considerado.

Esta curva se traza con los siguientes puntos:

Múltiplos de In Tiempo de duración(segundos)

25 0.0112 0.106 2.003 10.00

La corriente nominal del fusible primario debe sermayor que la corriente de plena carga deltransformador en una cantidad tal que:

• Se pueda sobrecargar al transformador encondiciones de servicio.

• Se tome en consideración la instalación de losfusibles en un lugar estrecho y cerrado sinexceder los límites de temperaturaespecificados.

• Se considere el incremento de la temperaturaambiente sobre la temperatura normalizada.


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TABLA 1SELECCIÓN DE FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE MARCA PROTELEC-MT,

PARA LA PROTECCIÓN DE TRANSFORMADORES.

Para eliminar rápidamente las fallas de los devanadosy las fallas secundarias, la corriente de fusión en laregión de los 10 segundos debe ser lo más baja posible.

La coordinación completa entre los fusibles primariosy secundarios o entre aquellos y cualquier otrodispositivo de protección en el lado secundario seobtiene cuando:

El punto B de intersección entre la curva de fusiónmínima del fusible primario y la curva de interrupcióntotal de dispositivo secundario, debe obtenerse conun valor de corriente mayor que la máxima corrientede falla en el lado de la carga.

Corriente nominal de los fusibles:

Se recomienda que la relación que deban guardarentre sí la corriente nominal de los fusibles y la deltransformador sea de aproximadamente 2.

Se define la relación de fusión de la siguiente forma:

Aplicando este criterio, en la Tabla 1 se presentan lascorrientes nominales que recomendamos paraproteger los transformadores trifásicos indicados.

Notas:Se pueden utilizar fusibles cuya distancia entrehombros D/H sea:

*1 192 ó 292 mm*2 292 ó 442 mm*3 442 ó 537 mm(ver tabla 1)

Se considera un factor de sobre carga 1.5 y se tomaen cuenta el requisito para las corrientes demagnetización establecidos en la Norma IEC 787.

Sin embargo, para 125 A recomendamos usar 537mm es decir, aplicar la clave 23 PTC 125 LG denuestros numeros de catálogo, según tabla 2.

Ejemplo:

Selección de los fusibles para proteger untransformador trifásico de 750 kVA. Con tensiónprimaria de 23 kV y tensión secundaria de 220 Voltsentre fases.

Corriente nominal primariaRelación de fusión a utilizar Rf = 2

Corriente nominal del fusible a seleccionarIf=2x 18.827 A = 37.6 A

Se utilizan entonces:3 fusibles del tipo de respaldo de 40 A a 23 kV


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Figura 7


15

*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestrosfusibles. (véase la figura 8)

Figura 8

5. DATOS GENERALES

TABLA 2DATOS GENERALES DE LOS FUSIBLES LIMITADORES DE CORRIENTE

MARCA PROTELEC-MT

Acotacionesen mm


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TABLA 4CAPACIDAD INTERRUPTIVA

TABLA 3EJEMPLOS DE FORMACIÓN DE NUESTROS NUMEROS DE CATÁLOGO

*Los números entre paréntesis indican las tensiones mínimas y máximas en las que recomendamos aplicar nuestros fusibles.17

TABLA 5EQUIVALENCIAS 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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FUSIBLE(baja tensión)

ESLABÓN FUSIBLE UNIVERSAL(media tensión)

OTROS PRODUCTOS:

UNIDAD FUSIBLE DE POTENCIAABX-23

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