Fusibles principios basicos

2. FUSIBLES 2. FUSIBLES 2.1. PRINCIPIOS BASICOS

2.1. PRINCIPIOS BASICOS

Como un primer paso para la comprensión del principio de operación de un fusible consideraremos Como un primer paso para la comprensión del principio de operación de un fusible consideraremos los oscilogramas típicos, tanto de tensión como de corriente en el instante de la interrupción. En el los oscilogramas típicos, tanto de tensión como de corriente en el instante de la interrupción. En el mismo se pueden distinguir dos regiones de tiempo: tiempo de prearco y tiempo de arco.

mismo se pueden distinguir dos regiones de tiempo: tiempo de prearco y tiempo de arco.

figura 12 figura 12 Inmediatame

Inmediatamente nte que se produce una falla y fluye a través del fusible una sobque se produce una falla y fluye a través del fusible una sobrecorriente, se inicirecorriente, se inicia ela el  período de

 período de prearco durante prearco durante el el cual cual la la tempetemperaturratura a del del elemelemento fusible se ento fusible se increincrementa hasta menta hasta que que elel  punto

 punto de de fusiófusión n del del matermaterial ial es es alcanalcanzado zado enen algún lugar a lo largo del mismo. Luego se algún lugar a lo largo del mismo. Luego se  produc

 produce e la la disrupdisrupción ción en en ese ese punto,punto, estableciéndose el arco entre los extremos estableciéndose el arco entre los extremos fundidos del elemento. Este proceso es fundidos del elemento. Este proceso es acompañado por un significante incremento de la acompañado por un significante incremento de la tensión en los extremos del fusible, debida a la tensión en los extremos del fusible, debida a la  brus

 brusca elca elevacevación dión de la ime la impedapedancia ncia asocasociada iada con lcon laa aparición del arco. La magnitud de esta aparición del arco. La magnitud de esta sobretensión dependerá de las características del sobretensión dependerá de las características del circuito protegido y de la rapidez con que circuito protegido y de la rapidez con que aumente la impedancia del arco (por ejemplo en aumente la impedancia del arco (por ejemplo en un circuito m

un circuito muy inductivo uy inductivo rápidas variarápidas variaciones ciones dede la corriente provocarán grandes picos de la corriente provocarán grandes picos de tensión).

tensión).

El arco continúa hasta que la caída de tensión El arco continúa hasta que la caída de tensión entre sus extremos iguala a la tensión de la fuente entre sus extremos iguala a la tensión de la fuente

Varco Varco  sist.

 sist.

max

max  I presunta I presunta

 provo

 provocando la icando la interrunterrupción de lpción de la corriea corriente y el arcnte y el arco se extino se extingue, esgue, este períote período se denodo se denomina tiemina tiempo dempo de arco.

arco.

Las figuras 12 y 13 muestran oscilogramas de Las figuras 12 y 13 muestran oscilogramas de operación de fusibles limitadores de corriente operación de fusibles limitadores de corriente  bajo

 bajo condiciocondiciones nes de de corto corto circuitocircuito, , parapara circuitos de corriente continua y corriente circuitos de corriente continua y corriente alterna respectivamente. En las mismas se indica alterna respectivamente. En las mismas se indica la corriente presunta que circularía si el fusible la corriente presunta que circularía si el fusible fuera reemplazado por un conductor de fuera reemplazado por un conductor de impedancia nula. Se puede ver el efecto de impedancia nula. Se puede ver el efecto de limitación de la corriente presunta de falla en un limitación de la corriente presunta de falla en un valor menor que su pico natural. Esta valor menor que su pico natural. Esta característica es propia de los fusibles de alta característica es propia de los fusibles de alta capacidad de ruptura y tiene la ventaja de capacidad de ruptura y tiene la ventaja de disminuir los efectos térmicos y disminuir los efectos térmicos y electrodinámicos sobre el elemento protegido. electrodinámicos sobre el elemento protegido. En estas condiciones el tiempo de arco es del En estas condiciones el tiempo de arco es del mismo orden que el de prearco.

mismo orden que el de prearco.

Un fusible no limitador de corriente (baja Un fusible no limitador de corriente (baja capacidad de ruptura) tendría un oscilograma capacidad de ruptura) tendría un oscilograma de corriente y de tensión como se muestra en la de corriente y de tensión como se muestra en la figura 14 (para C.A.). Como se puede observar figura 14 (para C.A.). Como se puede observar la interrupción se produce en un pasaje natural la interrupción se produce en un pasaje natural  por cero de

 por cero de la corriente de falla, por la corriente de falla, por lo tanto ello tanto el tiempo mínimo de operación de este tipo de tiempo mínimo de operación de este tipo de fusibles esta limitado a un semiciclo. En caso de tratarse de corriente continua, este tipo de fusible fusibles esta limitado a un semiciclo. En caso de tratarse de corriente continua, este tipo de fusible no-limitador no puede ser empleado, en razón de su imposibilidad de interrumpir corrientes sin no-limitador no puede ser empleado, en razón de su imposibilidad de interrumpir corrientes sin  pasaje

 pasajes naturas naturales por celes por cero.ro.

figura 15 figura 15

Las figuras 15 y 16 muestran oscilogramas, para circuitos de C.C. y C.A. respectivamente, pero en Las figuras 15 y 16 muestran oscilogramas, para circuitos de C.C. y C.A. respectivamente, pero en este caso la operación corresponde a una corriente de falla leve conocida como condición de este caso la operación corresponde a una corriente de falla leve conocida como condición de sobrecarga. En este caso se produce un lento calentamiento del elemento y consecuentemente un sobrecarga. En este caso se produce un lento calentamiento del elemento y consecuentemente un largo tiempo de prearco. El tiempo de arco es despreciable en comparación con este pero, no largo tiempo de prearco. El tiempo de arco es despreciable en comparación con este pero, no obstante, pueden requerirse algunos semiciclos para conseguir la interrupción definitiva. Esto nos obstante, pueden requerirse algunos semiciclos para conseguir la interrupción definitiva. Esto nos indica que la interrupción del arco con corrientes de sobrecarga es más dificultosa.

indica que la interrupción del arco con corrientes de sobrecarga es más dificultosa.

corriente corriente V sistema V sistema Varco Varco tt pa pa ttaa figura 14 figura 14

figura 16 2.2 Período de prearco

Cuando la corriente que fluye a través del fusible es menor que la mínima corriente de fusión, se incrementa la temperatura hasta que se establece un régimen térmico estacionario. Donde el calor generado por efecto Joule en el elemento es exactamente balanceado por el calor disipado al exterior. Este calor se transmite por un lado por la conducción axial a lo largo del elemento hacia los contactos exteriores y por otro lado radialmente hacia el cuerpo o a través del elemento de relleno.

Cuando la corriente es incrementada a un valor superior a la de fusión del elemento, el calor generado por efecto Joule es mayor que el disipado y la temperatura del elemento se incrementa llegando a la fusión antes que se establezca el estado de régimen. A medida que se incrementa la corriente presunta el tiempo de fusión disminuye, de esta manera se tiene una relación inversa entre el tiempo y la corriente. Además esta relación inversa se ve acentuada por el aumento de la resistencia del elemento con la temperatura. Una característica típica tiempo-corriente, la cual da el tiempo de  prearco versus la corriente eficaz  presunta, se ilustra en la figura 17.

Esta característica es función de la configuración geométrica y de los materiales empleados tanto para el elemento fusible como así también del material extintor de relleno, el cuerpo y los terminales de contacto. Para los tiempos largos de la característica, es muy importante el grado de enfriamiento figura 17

 proveniente del material que rodea el elemento; del mismo modo factores tales como temperatura ambiente, ventilación, tamaño y contacto con los cables exteriores se hacen más importantes a medida que nos aproximamos al extremo superior de la curva.

Los materiales más comúnmente empleados como elemento fusible son la plata y el cobre, sus características térmicas y eléctricas son muy similares, pero el menor costo del cobre lo hace más aplicable a la mayoría de los usos industriales. Solo es reemplazado por la plata en los casos en los que el fusible debe trabajar con elevadas temperaturas de régimen ya que el cobre tiene problemas de oxidación, este es el caso de los fusibles para proteger semiconductores.

La geometría del elemento fusible es uno de los factores en el que los diseñadores ponen mayor atención ya que variando la relación entre la sección transversal y la superficie del elemento se  pueden lograr distintas pendientes de la característica corriente-tiempo. Esta es una de las razones  por las que se emplean láminas con estricciones en los fusibles de alta capacidad de ruptura.

Fundamentalmente, la mayor capacidad de extraer el calor de las estricciones permite conseguir mayor corriente de fusión en un fusible de lámina que en un fusible de hilo de la misma sección transversal.

En la parte inferior de la curva (t < 10ms), los tiempos de operación son mucho menores que la constante térmica del fusible y se puede despreciar el efecto de disipación de calor, lo cual quiere decir que la energía entregada por la corriente de falla es íntegramente empleada en calentar y fundir el elemento. Por lo tanto, en este caso, la geometría del elemento solo influye en cuanto a su sección transversal y se conseguirán iguales tiempos de prearco con un fusible de lámina que con uno de hilo de igual sección.

El material que rodea el elemento fusible es generalmente el encargado de extinguir el arco cuando este se presenta. En los fusibles de alta capacidad de ruptura se emplea comúnmente arena de cuarzo, la cual contribuye en la extracción del calor proveniente de la lámina durante el período de  prearco. La conductividad térmica de la arena de cuarzo es aproximadamente 40 veces mayor que la

del aire por lo que su contribución a la extracción del calor es importante.

Todas estas características que permiten disminuir la sección transversal del elemento fusible para conseguir una determinada corriente nominal son muy importantes en los fusibles de alta capacidad de ruptura ya que permiten disminuir los tiempos de operación y consecuentemente, la energía que debe absorber el equipo protegido ante grandes corrientes de corto circuito. En otras palabras le confieren a la característica tiempo-corriente una pendiente más pronunciada.

2.3. Efecto "M"

Un fusible que se encuentre funcionando a régimen térmico estacionario próximo a la corriente mínima de fusión se encontrará con todas las partes que rodean al elemento a una temperatura cercana a la de fusión del mismo. Si tenemos en cuenta que la temperatura de fusión del cobre es 1083°C y la de la plata es 960°C, en un fusible de alta capacidad de ruptura, el material extintor del arco que se encuentra rodeando el elemento fusible se encontrará a una temperatura tal que dificultará enormemente su posterior acción de apagado del arco, debido a que el efecto de absorción de calor se verá disminuido en gran medida pues las diferencias de temperatura son ahora muy  pequeñas.

Es por esta razón que los fusibles de este tipo tienen limitada su curva característica en la parte superior a un valor de 5 a 6 veces la corriente nominal, indicando de esta manera que no deben trabajar con valores de corriente entre la nominal del fusible y el mínimo que marca la curva. Quedando limitado su uso al respaldo de otros elementos de protección que se encargan de interrumpir las corrientes de sobrecarga.

Una forma de evitar este inconveniente es mediante la aplicación del efecto "M", el cual nos permite disponer de fusibles de alta capacidad de ruptura que pueden operar sin problemas desde  prácticamente su corriente nominal hasta la máxima corriente de corto circuito que sea capaz de

interrumpir.

En 1939 A. W. Metcalf llevó a cabo un estudio inicial del fenómeno al encontrar, mientras desarrollaba un trabajo con fusibles con elemento de plata y soldados con estaño en sus extremos, que la fusión se producía cerca de la soldadura y no en el centro del elemento donde la máxima temperatura debía producirse. Para realizar un estudio detallado de este fenómeno, Metcalf construyó y ensayó una serie de fusibles formados simplemente por un alambre de plata encerrado en un cuerpo cilíndrico de vidrio y unidos por presión a los extremos. A un grupo de estos fusibles les colocó un nódulo de soldadura de estaño en el centro como se muestra en la figura 18.

Las curvas corriente-tiempo obtenidas por Metcalf para estos fusibles se muestra en la figura 19, de la que puede observarse que la mínima corriente de fusión para los fusibles con nódulos de soldadura es de aproximadamente un 60% de la que se obtiene normalmente con el mismo alambre sin nódulo. Se dedujo que la elevación de temperatura hasta la fusión en los alambres de plata con nódulo fue de aproximadamente 345°C, ya que asumiendo que el efecto de calentamiento es proporcional al cuadrado de la corriente el punto de fusión debe ser 0,62 veces el punto de fusión de la plata.

Luego se realizó una nueva serie de ensayos en los cuales la corriente se incrementó con pequeños saltos dejando que la temperatura del elemento se estabilizara para observar el desarrollo del fenómeno. Una vez que el nódulo se funde comienza un cambio en su apariencia la que inmediatamente toma una tonalidad roja a pesar de que el alambre adyacente se mantiene inalterable.

figura 19 figura 18

El nódulo se torna rojo brillante por un muy corto tiempo y se produce la ruptura del alambre en la zona inmediatamente adyacente. Posteriores exámenes mostraron que el alambre en contacto con el nódulo se había difundido enteramente en este. Esta difusión entre los dos metales produce una amalgama que posee una temperatura de fusión inferior al del elemento de menor punto de fusión. Este fenómeno es en la actualidad extensamente explotado y muchos fusibles tienen metales de bajo  punto de fusión depositados sobre el elemento principal el cual es comúnmente de cobre o plata.

Cuando el elemento es del tipo de lámina con estricciones el material de bajo punto de fusión se deposita próximo a una de las estricciones. Para protección de sobrecargas, la corriente que fluye es de suficiente magnitud para producir el efecto "M" es decir que se produce la amalgama en la región donde está ubicada la aleación de bajo punto de fusión como fue explicado anteriormente. Con niveles de corriente inferiores a la nominal del fusible, el material de bajo punto de fusión no llega a fundirse. Con grandes corrientes de corto circuito, las estricciones se calientan muy rápidamente y llegan a su punto de fusión antes que se produzca el efecto "M". Ya que la temperatura donde ha sido depositado el material de bajo punto de fusión no llega al nivel necesario para que comience el  proceso de difusión debido a la masa térmica en esta sección y la insignificante transferencia de calor  proveniente de las estricciones en el corto tiempo de operación.

2.4. Período de arco

La característica del arco eléctrico dentro de un fusible está determinada por la manera en que el elemento rompe en el final del período de prearco. Si consideramos un elemento fusible de sección uniforme que debe operar con corrientes de sobrecarga, de tal manera que durante el prearco su distribución longitudinal de temperatura es casi parabólica, la fusión ocurrirá cerca del centro,  produciendo un arco único o simple. Este mismo fusible operando con fuertes corrientes de corto

circuito tendrá durante el prearco una distribución prácticamente uniforme de temperatura a lo largo del elemento debido a que el tiempo es insuficiente para que existan perdidas de calor por conducción hacia los extremos y fundirá simultáneamente en toda su longitud produciendo arcos múltiples. Este fenómeno de arcos múltiples es debido a que cuando el elemento está en estado líquido la combinación de fuerzas electromagnéticas y tensión superficial producen la formación de ensanchamientos y angostamientos periódicos en toda su longitud, los que actúan como estricciones. Esto acelera la disrupción en los sectores más angostos. La disrupción o ruptura del elemento se  produce cuando la sobrepresión interna ejercida por el vapor que se produce en el núcleo supera la

tensión elástica de las capas periféricas que todavía se encuentran en estado líquido. Esta sobrepresión es conocida como "Componente explosiva de la presión". Si bien su valor es elevado (algunos investigadores han reportado valores del orden de 1000 Kg/cm2 con una duración entre 10 y 100 µs), su efecto sobre el cuerpo del fusible no es relevante por la escasa energía que posee.

Durante el período de arco la ecuación del circuito en el que se encuentra operando el fusible es:

u(t) = R.i + L.di/dt + Uf   (1) Donde: u(t) es la tensión de la fuente

R es la resistencia del circuito L es la inductancia del circuito

Uf  es la tensión de arco a los bornes del fusible

Se puede deducir que si Uf  > u(t) - R.i la derivada di/dt se hace negativa para mantener la igualdad. Esto quiere decir que la corriente toma una pendiente decreciente produciéndose el efecto de limitación de corriente. Por lo tanto para la rápida interrupción de un corto circuito es deseable una

gran tensión de arco. Sin embargo hay un límite para la sobretensión de arco ya que esta tensión es soportada durante la interrupción por otros dispositivos cercanos (ver figura 20).

Este fenómeno de rápida limitación de corriente y la consecuente sobretensión de arco se ve  particularmente magnificado en el caso de arcos múltiples en elementos de sección uniforme debido a la brusca disrupción casi simultanea de muchos arcos en serie. La forma de evitar excesivas sobretensiones es mediante el empleo de lámina o hilo con estricciones ya que en cada estricción se  producirá un arco y el número de arcos en serie será igual al número de estricciones controlando de

esta forma el pico inicial de tensión de arco.

En caso de que el elemento posea material de  bajo punto de fusión (efecto M), con corrientes

de sobrecarga se producirá un arco simple o único en el lugar donde esté ubicado este material.

El fusible de alta capacidad de ruptura debe ser entonces capaz de dar una rápida interrupción en un circuito inductivo sin producir una peligrosa tensión de arco. Cabe aclarar que, como es obvio, este efecto de limitación solo se produce cuando el prearco finaliza antes del primer pico de corriente, es decir con grandes corrientes de cortocircuito.

En la práctica los fusibles de alta capacidad de ruptura generalmente emplean elemento fusible de lámina con estricciones y rodeada con arena de cuarzo compactada.

Los arcos que se establecen en cada estricción  producen una caída de tensión la cual es incrementada fundamentalmente por dos motivos:

a) la longitud de cada arco que crece a medida que los extremos de la lámina fusible se erosionan debido a la fusión y posterior evaporación producida por el calor proveniente de la raíz del arco.  b) el enfriamiento que se produce al transferirse en forma radial el calor desde la zona de arco hacia

la arena de cuarzo que lo rodea, produciendo la fusión de esta.

Como resultado de la liberación de energía durante este proceso se genera una onda de presión (conocida como componente de presión de arco) que si bien es de magnitud muy inferior a la componente explosiva, su energía es suficiente para provocar un movimiento en los granos de arena circundantes y someter al cuerpo del fusible a un esfuerzo considerable. La arena cumple también un  papel importante al absolver gran parte de la energía que posee la onda de presión antes que llegué a

las paredes del cuerpo.

El metal del elemento que se "quema" fluye en forma de líquido y vapor desde la zona de erosión y  junto con el cuarzo fundido producen un canal dentro del que se desarrolla el arco. Este canal, al

solidificarse, produce un compuesto vítreo conocido como fulgurita el cual es un buen aislante eléctrico.

Durante el arco en un fusible limitador de corriente se libera un gran monto de energía dentro de su cuerpo debiendo ser capaz de absorber esta energía sin daño alguno. Si consideramos un circuito de CA puramente inductivo (como en la mayoría de los cortocircuitos: X L>>R), la energía que debe absorber el fusible es aportada por un lado por la fuente de alimentación:

y por otro lado por la energía inductiva almacenada en el circuito en el momento del inicio del arco: 1/2.L.io2 (cuando la corriente es io).

La energía entregada por la fuente será mayor a medida que sean más grandes u(t) e i(t) durante el  período de arco. Si consideramos valores de corriente tales que el fusible limite, este máximo se  producirá cuando la fusión del elemento ocurra cerca del pico de la tensión de alimentación y esto

solo se dará para un cierto rango crítico de corrientes presuntas.

En cuanto a la energía entregada por la inductancia, será mayor a medida que se incremente la corriente io (corriente de finalización del prearco o de inicio del arco), sin embargo el incremento de esta corriente se consigue mediante la reducción de la inductancia L. Debido a la naturaleza de limitación de corriente del fusible, habrá un valor de corriente presunta para el cual el efecto de la disminución de L sea mayor que el del aumento de io  produciéndose un máximo en la energía almacenada en L.

La variación de la energía de arco absorbida por el fusible con la corriente presunta se puede observar en la figura 21 de la que se desprende que hay un valor de corriente presunta para el cual la energía que debe soportar el fusible es máxima. Este valor se denomina corriente crítica y es uno de los valores especificados por las Normas para los ensayos de capacidad de ruptura siendo generalmente designada como I2. A medida que la corriente es mayor la energía de arco disminuye hasta llegar a la máxima corriente que puede ser interrumpida por el fusible. Esta corriente se especifica generalmente como I1 y el ensayo con este valor determina la habilidad del fusible para soportar las altas presiones disruptivas que se producen.

figura 21

∫ 

⋅

ta

0

dt

)

t

(

i

)

t

(

v

Con corrientes inferiores a la crítica, la energía de arco disminuye pero con valores de sobrecarga comienza nuevamente a crecer. Así, por ejemplo, con corrientes de sobrecarga del orden de la mínima de fusión la energía de arco crece a valores similares a los de la corriente critica e incluso superiores. La dificultad en la interrupción con bajas corrientes se produce por la transición de arcos múltiples a arco simple.

En la condición de arco simple, la tensión de arco inicial no es suficiente para causar una reducción significante en la corriente. La tensión crece a medida que la longitud del arco se incrementa por la erosión del elemento. Este proceso es relativamente lento cuando la corriente es baja y si la tensión no llega a un valor suficiente para extinguir el arco antes que la erosión del elemento llegué a los extremos del fusible el arco se establece entre estos. En este momento la tensión deja de crecer y no se produce el apagado del arco.

Este fenómeno se ve agravado por la temperatura que tiene la arena de cuarzo cuando finaliza el  período de prearco, ya que con corrientes de sobrecarga la fusión se produce en un tiempo tal que el calor producido en el elemento se distribuye en todo el fusible. Como consecuencia de esta alta temperatura de la arena se ve notablemente disminuida su capacidad de absolver la energía liberada durante el arco.

Muchos fusibles limitadores de corriente, en especial los de alta tensión no pueden interrumpir corrientes por debajo de la mínima corriente de interrupción especificada por el fabricante ya que con  bajas corrientes la tensión de arco inicial es pequeña en relación con la tensión aplicada dificultando

enormemente la operación.

Las Normas generalmente indican en los ensayos de capacidad de ruptura (además de I 1 e I2) corrientes inferiores a 5.In (cinco veces la corriente nomunal) para los fusibles de propósito general, con el objeto de garantizar la interrupción con estos valores.

La condición de resistencia nula en el cortocircuito es la más desfavorable ya que el efecto de este componente es absolver parte de la energía aportada por la fuente y la inductancia. Además el factor de potencia del circuito tiene una influencia importante en la operación del fusible con corrientes de sobrecarga ya que en este caso el corte definitivo de la corriente se produce generalmente cuando esta pasa por cero y en un circuito muy inductivo esto ocurre cuando la tensión esta cerca de un máximo dificultando el apagado del arco. Afortunadamente las fallas producidas por sobrecarga  presentan casi siempre un factor de potencia superior al que se presenta en fallas de cortocircuito.  No obstante las Normas especifican siempre un cos

ϕ

 desfavorable para la realización de los ensayos

de capacidad de ruptura.

En el caso de fusibles no limitadores de corriente, el factor de potencia es muy importante ya que  para producir la interrupción estos fusibles siempre esperan un pasaje por cero de la corriente.

3. CLASIFICACION Y TIPOS CONSTRUCTIVOS DE FUSIBLES

Se dará una breve descripción de los tipos de fusibles más comunes empleados en la industria y en la distribución.

3.1. FUSIBLES DE BAJA TENSION

Son los dispositivos cuya tensión nominal no excede los 600 Volts; en líneas generales se pueden distinguir cuatro tipos: Diazed, N.H., Americano e Inglés. A estos debe agregarse los fusibles para  protección de semiconductores y los fusibles en miniatura.

3.1.1. Tipo D:

Se los suele conocer como Diazed y Neoced que son marcas comerciales de este tipo de fusibles. La figura 22 muestra un fusible de este tipo. Consta de un cuerpo cilíndrico de material cerámico, generalmente esteatita que le confiere una alta resistencia mecánica y a los choques térmicos. En los extremos, se encuentran los contactos, normalmente construidos de bronce, recubiertos electrolíticamente con plata o niquel-estaño. En el interior del cuerpo se encuentra el elemento fusible, normalmente una lámina de cobre, o eventualmente plata, con estricciones rodeadas con arena de cuarzo de grano cuidadosamente seleccionados en cuanto a su forma y tamaño de grano. Esto le confiere característica de limitación de corriente.

Responden a la Norma IEC 269-3-1. Existen varios tamaños de acuerdo a la tensión y corriente nominal, en la siguiente tabla se describen los tamaños normalizados. Los tipo DO1, DO2 y DO3 son cilíndricos y son conocidos como Neoced, mientras que los tamaños DII, DIII y DIV tienen los extremos más aguzados que el cuerpo (fig. 22), y son comúnmente denominados Diazed.

FUSIBLES TIPO D

Tamaños normalizados designación Rango de corrientes Tensión

máxima

Designación Rango de corrientes Tensión máxima

DO1 2A……16A 400V DII 2A……25A 500V

DO2 20A…….63A 400V DIII 35A…….63A 500V

DO3 80A……100A 400V DIV 80A…….100A 500V

Por definición son fusibles para uso de personas no capacitadas técnicamente, ya que para su manipuleo no tienen elementos accesibles bajo tensión, por lo que su uso se está extendiendo a las instalaciones domiciliarias. En la figura 23a puede observarse el fusible alojado en la base  portafusible que tiene una tapa a rosca que interrumpe el circuito cuando se retira.

Poseen un indicador de fusión, que consta de un pequeño disco coloreado cuyos colores están en correspondencia con sus corrientes nominales.

Por otro lado, el extremo más largo del fusible tiene un casquillo de tamaño normalizado en base a la corriente nominal. El tamaño del mismo se corresponde con el valor de corriente nominal de manera tal que el fusible pueda ser reemplazado por uno de menor corriente nominal, pero resultará imposible colocar uno de mayor corriente. La tapa portafusible roscada de este sistema tiene el inconveniente de que puede aflojarse por vibración.

Tambien se emplean, en nuestro País, en los morsetos de derivación en líneas preensambladas, donde se alojan fusibles de tamaño DO2 como se muestra en la figura 23b.

Fig. 23a Fig. 23b

3.1.2. N.H.

El sistema de fusibles NH ( de naturaleza Europea y las siglas que los identifican hacen referencia a su nombre en alemán) es un sistema normalizado compuesto por una base portafusible, un cartucho fusible intercambiable y un manija portafusible para realizar los cambios de los cartuchos fusibles. Su principal ventaja sobre el sistema tipo D es que posee mayor capacidad de ruptura, en el orden de los 100.000 amper (También son limitadores de la corriente de cortocircuito) y por su diseño, deben ser manipulados por personas capacitadas técnicamente.

Son de buena calidad, poseen un máxima dispersión del 10% en términos de corriente. Responden a las Normas DIN 57636, IEC 269 y VDE 0636, un fusible de este tipo se muestra en la figura 24. El cuerpo aislante es de esteatita o resinas formo-fenólicas; también se los puede encontrar encapsulado en resinas de epoxi. Las cuchillas son de bronce, con recubrimiento electrolito de plata, son lisas o acanaladas para mejorar la sujeción transformando el contacto de puntual a lineal. Poseen indicador de fusión de hilo tensionado o de tipo bandera, y en algunos casos especiales poseen percutor para accionamiento de microswitch.

Fig. 24 Fusible N.H.

De acuerdo a su tamaño se clasifican en: 00, 01, 1, 2, 3, 4 y 4a. Las corrientes nominales van desde 6 hasta 1250 A.

El elemento fusible puede ser de plata o cobre, pudiendo llevar material de bajo punto de fusión, que se fundirá con leves corrientes de sobrecargas de larga duración. De acuerdo a la característica mencionada estos fusibles al igual que los tipo Diazed son clasificados como respaldo o propósito general. A los del primer grupo se los designa con la letra a  y a los del segundo con la g. Para completar la clasificación según su empleo a la letra antes mencionada se le agrega otra que indica la aplicación. Quedando la mencionada clasificación como sigue:

gL - Protección de cables y aparatos en general. aM - Protección de motores y sus accesorios. aR  - Protección de semiconductores.

gTr - Protección de transformadores .

Los fusibles de este tipo son para uso interior, por lo que en las redes de distribución urbana se emplean dentro de gabinetes o en cámaras subterráneas. Para líneas aéreas se suele utilizar en nuestro país un dispositivo conocido

comúnmente como APR que permite emplear fusibles NH ya que los mantiene protegidos dentro de un compartimiento de fibra de vidrio reforzada. En la figura 25 se muestra un dispositivo de este tipo el que puede ser operado con pértiga, actuando también como seccionador.

Los valores eléctricos máximos para fusibles  NH que pueden encontrarse en el mercado

son:

corriente: 1600 amper. tensión: 500 volt

capacidad de ruptura: 100.000 amper. 3.1.3. Americano:

tipo americano se ilustra en la figura 26a, tiene cuerpo aislante de papel impregnado y posee contactos a cuchillas o casquillos según su corriente nominal. Tales contactos son de bronce, generalmente sin ningún tipo de recubrimiento. Su principal característica es que su elemento fusible es reemplazable y no poseen material de relleno. Por lo tanto son de baja capacidad de ruptura 10 KA. Responden a la Norma U.L. (Norteamericana), la que los designa como fusibles clase H. El máximo rango de corriente nominal es 600 A y las tensiones nominales pueden ser 250 V y 600 V. Su uso está restringido a aplicaciones con bajas corrientes de cortocircuito y donde no existe la  posibilidad de que se presenten sobrecargas leves, como por ejemplo emplearse para protección de

motores eléctricos de mediana potencia, que cuenten con un dispositivo de protección térmica.

Fig. 26a Fusible tipo Americano Fig. 26b Fusible ACR Americano

El fusible da alta capacidad de ruptura empleado en U.S.A. es con arena de cuarzo como material extintor de igual manera que el NH pero el cuerpo es generalmente cilíndrico y hecho de fibra de vidrio impregnada con resinas. Poseen cuchillas planas que generalmente van abulonadas; figura 26b. Su capacidad de ruptura es típicamente de 200.000 A. Responden a la Norma U.L. y hay dos clases: J y L. Los fusibles de clase J son hasta 600 A nominales y los clase L van desde 600 hasta 6000 A, todos con una tensión nominal de 600 V.

3.1.4. Inglés:

Su forma es muy semejante al del N.H., el cuerpo aislante es cilíndrico, de esteatita, relleno de arena de cuarzo rigurosamente seleccionada; posee contactos de bronce plateado, para abulonar. Son de  buena calidad, su máxima dispersión está en el 5%. Además son limitadores de la corriente de

cortocircuito, con una capacidad de ruptura entre 60.000 y 100.000 amperios.

Responden a las Normas B&S 88 (BSI) e IEC 269. En nuestro medio no son muy utilizados, no obstante puede encontrárselos.

Se emplean en líneas aéreas de baja tensión y consisten simplemente de un alambre de cobre calibrado soldado en cada extremo a dos cuchillas para su sujeción. Para calibres grandes se emplean alambres en paralelo. Este elemento fusible se coloca abulonado en un seccionador y funciona al aire libre. Por su modo de operación, no tienen elevada capaciadad de ruptura y no son limitadores. Además, los tiempos de operación son muy erráticos y están muy influenciados por las condiciones ambientales, por lo que generalmente no poseen curvas tiempo corriente de operación y su coordinación con otros dispositivos de protección es muy difícil. En general no responden a normas nacionales o internacionales, pero responden a especificaciones técnicas de varias Empresas de Distribución de nuestro País.

Los seccionadores que usan este tipo de fusible son los MN 230 *(hasta 100A), MN231 (hasta 200A) y MN233 (hasta 300A). Uno de estos se muestra en la fgura 27. Para corrientes mayores se emplea otro modelo, donde el seccionador se encuentra separado del fusible; se designan como MN 247 (figura 28) y su corriente nominal llega a los 600A.

Fig. 27 MN233 Fig. 28 MN247

* MN es una sigla empleada en Agua y Energía que significa Material Normalizado.

3.2. FUSIBLES DE ALTA TENSION

De acuerdo a sus características constructivas y de operación se los puede dividir en: Expulsión y H.H.

3.2.1. Expulsión

Se emplean para tensiones que van de 13.2 KV hasta 66 KV. Generalmente se los ubica en partes elevadas y a la intemperie, pues en la mayoría de los casos son del tipo "de caída".

3.2.1.1 Fusibles para seccionador autodesconectador

Se los emplea también como seccionador, en la figura 29 se muestra un seccionador-fusible de este tipo el cual se usa comúnmente en líneas de media tensión. Cuando operan despejando una falla caen, quedando suspendido por el contacto inferior, siendo visible a larga distancia, lo que facilita la identificación del sector fallado disminuyendo el tiempo de fuera de servicio del sector mencionado.

En este tipo, el elemento fusible se encuentra alojado en un cilindro aislante, compuesto de numerosas capas de tela aislante impregnada, entre otras sustancias con resina fenólica. Luego de la fusión o período de prearco, le sigue inmediatamente el arco, el cual calienta el tubo aislante produciéndose gran cantidad de gases, los que escapan por la parte inferior del tubo. El elemento fusible se encuentra tensionado por un resorte, lo cual colabora en la extinción del arco aumentando la velocidad con la cual se separan los elementos fundidos. El proceso de extinción del arco es producido  por dos fenómenos; por un lado los gases de elevado poder desionizante, que en la zona del arco se encuentran a elevada presión (causada  por la elevada velocidad de generación) y por otra parte el rápido alejamiento de los extremos entre los cuales se produce el arco trae como consecuencia un aumento en la resistencia eléctrica. También el arco funde el elemento fusible hacia atrás, incrementando la longitud del mismo. Estos fenómenos combinados  producen satisfactoriamente el apagado del

arco.

El elemento fusible está constituido por una cabeza de bronce o cobre, un hilo de plata como elemento fusible, un alambre de alta resistencia como elemento de tracción y una cola conductora de finos hilos de cobre estañados. Estando encapsulada con un tubo cilíndrico de papel impregnado con resina fenólica que colabora en la extinción del arco mediante la generación de gases extintores. El elemento fusible está normalizado según su velocidad de operación como K (rápido) y T (lento). En nuestro medio se encuentra también una velocidad intermedia conocida como S (standard).

El elemento fusible es renovable, después de cada operación, en cambio el tubo portafusible (seccionador autodesconectador) soporta mayor cantidad de actuaciones, dependiendo del valor de

Fig. 30 Elemento fusible de expulsión (tipo slow-fast)

corriente interrumpida y del tipo de elemento empleado. En la figura 30 se describe un elemento fusible del tipo slow-fast que tiene una característica tiempo corriente de fusión adecuada  para la protección de transformadores. Tanto el elemento fusible como el tubo portafusible están normalizados por ANSI IEEE C37-41 y C37-42.

En nuestro País se encuentran seccionadores autodesconectadores denominados MN241 que tienen el mismo principio de funcionamiento, pero no poseen el resorte en el tubo seccionador y son de menor capacidad de ruptura. 3.2.1.2 Fusibles Ballesta

Un tipo de fusible de expulsión más económico es el tipo Ballesta, en este caso el elemento fusible es similar a los anteriores pero se colocan al aire libre, tensionados mediante un resorte (tipo ballesta) como se muestra en la figura 32. Se emplean con corrientes nominales menores a 50A y su capacidad de ruptura es limitada (generalmente menor a los 1000A)

En nuestro medio se encuentran muy difundidos los fusibles mal denominados de expulsion explosivos. Se trata de una cápsula de papel impregnado con dos conductores flexibles  pegados a sus extremos. En el interior se encuentra el hilo fusible, generalmente cobre, inmerso en pólvora en granos. Su  principio de operación es muy sencillo, al alcanzarse la

temperatura de deflagración de la pólvora, el fusible explota separando violentamente sus partes. Normalmente esto no ocurre, sino que se abre la cápsula, quedando "media caña" integra, lo que en 13,2 KV es conductor, hasta que otro elemento de protección interrumpa la falla. Además cuando son utilizados en tubos seccionadores, la pólvora deja residuos conductores en las paredes, lo que impide la utilización de este luego de algunas operaciones con el explosivo. Por otra parte, su principio de operación hace muy difícil su coordinación selectiva con otros dispositivos.

3.2.2. H.H. (Hochspannung Hochleistung)

En sus características constructivas y principio de funcionamiento, se asemejan a los del tipo N.H.. Responden a las Normas IEC 282, VDE 0670 y DIN 43625.

Fundamentalmente son de dos tipos: de elemento fusible longitudinal y de elemento en espiral. El elemento fusible es de plata con estricciones o reducciones periódicas de sección, según sean estos láminas o hilos cilíndricos respectivamente, ubicado dentro del cuerpo aislante y rodeado de arena de cuarzo. En general poseen indicador de operación, siendo éste diferente a los utilizados para baja tensión, ya que además cumple funciones de percutor (debiendo tener la suficiente fuerza como para

Fig. 31Operación de un fusible de expulsión en el Laboratorio

El objeto de este accesorio, es impedir que las cargas trifásicas queden con alimentación monofásica, lo que ocurre cuando opera un fusible. Pudiendo causar daños considerables en las instalaciones  protegidas.

El dispositivo de elemento longitudinal, no tiene el eslabón fusible estirado entre los terminales, sino que está plegado en forma de espiral, por lo que es especialmente adecuado para cargas con picos cíclicos o no cíclicos, como arranque y detención de motores; sometiendo al elemento a dilataciones y contracciones, que al estar dispuesto de esa manera no sufre tensiones mecánicas, las cuales lo deteriorarían por fatiga.

El eslabón fusible, como se dijo, puede ser de lámina o de sección circular que en ambos casos sufren reducciones en su sección, la primera posee estricciones, y la segunda varía según troncos de cono crecientes y decrecientes sucesivamente. En ciertos casos, poseen zonas donde se depositan aleaciones de  bajo punto de fusión haciendo operar al fusible ante

sobrecargas de corriente pero de larga duración. En este caso se lo designa como fusible de "propósito general" de lo contrario es de "respaldo" lo cual quiere decir que no debe operar con corrientes menores a 5 o 6 veces la nominal. En la figura 33 se muestra un esquema de un fusible HH con elemento en espiral enrollado sobre un cuerpo central en forma de estrella.

3.3. OTRAS CLASIFICACIONES

Aparte de la clasificación según la tensión de trabajo, existen otras formas de clasificar los fusibles, veremos algunas de ellas.

3.3.1. División en fusibles de propósito general y de respaldo.

Esta división está especificada en el esquema 1 de  Norma IRAM 2245 Parte I y en la norma IEC 269.

La diferencia está fundamentada en que el fusible de uso general es capaz de interrumpir cualquier corriente, desde la corriente mínima de fusión hasta su correspondiente capacidad de ruptura. Los fusibles de respaldo solo pueden interrumpir corrientes que van desde la mínima especificada (generalmente como un múltiplo de la nominal o gráficamente) hasta su capacidad de ruptura.

Esto pone de manifiesto que el fusible de respaldo solo brinda protección contra cortocircuitos, por tanto para la zona de ligeras sobrecargas de larga duración deberá existir otro elemento de  protección que lo auxilie en esa zona.

3.3.2. División en fusibles limitadores y no limitadores.

Esta división contempla una característica muy importante que presentan ciertos tipos de fusibles, que pueden ser obtenidas mediante un cuidadoso diseño.

Dicha característica está dada por la capacidad de el fusible de interrumpir el crecimiento de la corriente antes de que este alcance su primer pico natural, como así también llevar la corriente a cero antes de su pasaje normal por cero. Esta operación es posible obtenerse, obviamente, a partir de determinados niveles de falla.

El fusible no limitador permite el paso de los primeros picos de corriente con una muy pequeña, a veces nula, atenuación. Dicha atenuación es debida al incremento de las resistencias, ya sea por aumento de temperatura de los elementos del circuito o la resistencia de arco. En estos casos la interrupción definitiva se alcanza en algún pasaje por cero de la onda de corriente.

3.4. INFORMACION SUMINISTRADA POR EL FABRICANTE

Esta información corresponde a características operativas o de respuesta. Es posible dividirla en dos grandes grupos:

Información general e Información particular. A continuación detallaremos la información general, dejando el análisis de la información particular para el momento en que se traten las aplicaciones específicas de los fusibles.

INFORMACION GENERAL

Comprende los datos para todos los tipos de fusibles cualquiera sea su aplicación particular. Está compuesta normalmente de valores nominales, tales como In, Vn, capacidad de ruptura, tipo de corriente (o frecuencia). Asimismo indica la aplicación específica para la que fue diseñado .

3.4.1. Características de la corriente en función del tiempo: La gráfica corresponde a: I _p=f(t); o

sea que es la representación de la corriente presunta en función del tiempo.

El concepto de corriente presunta es  bastante discutido, ya que la resistencia o impedancia del fusible son relativamente elevadas, por lo tanto, la corriente que atraviesa el elemento fusible es menor que Ip.

Se debe tener la precaución de no confundir el final del período de  prearco con el momento en que deja de crecer la corriente, pues en circuitos de elevada tensión de arco, la

corriente puede seguir

incrementándose durante el período de arco. Se debe tener cuidado con el tiempo de arco, pues en ciertos casos la corriente puede anularse y al crecer la tensión cebarse nuevamente el arco. Una característica de corriente en función del tiempo típica es la que se

muestra en la fig. 34, nótese que ambos ejes están en coordenadas logarítmicas.

En la citada figura, se ve que para tiempos mayores de 10mseg. (para 50 Hz) el tiempo total de operación tiende al tiempo de prearco, esto se debe a que para tiempos de operación pequeños el lapso de pre-arco y el de arco son del mismo orden, en cambio a medida que aumenta el tiempo de  pre-arco, el de arco deja de tener peso o influencia en el total. Un ejemplo de gráficas de aquellas en

Al ser los ensayos de fusibles para determinar I _p=f(t_v) destructivos, la curva obtenida es estadística,  por lo que el fabricante debe dar la exactitud, usualmente la suministra en una de las siguientes

formas:

a) Nombrando la tolerancia o máxima dispersión, que usualmente está entre el 5 y 10% en términos de corriente (las normas B & S fijan como máxima dispersión el 10% en términos de corriente y la norma VDE fija 7%).

 b) Dando dos curvas, una de ellas para tiempo máximo de operación y la otra para tiempo mínimo, o sea definen la franja o banda de operación del fusible.

Las condiciones bajo las cuales se realizan los ensayos para determinar la curva t=f(I p) son: - Temperatura ambiente 25°C

- Sin carga inicial (precarga nula) - Altitud 1000 m sobre el nivel del mar

Por lo mencionado se deduce que si se está en condiciones distintas de las empleadas para la determinación, la curva pierde parte de su validez. Para las aplicaciones normales no es necesario efectuar correcciones, pero si se requiere alta precisión, como en el caso de selectividad, se debe adecuar las curvas a las condiciones reales, para lo cual el fabricante suministra información auxiliar; esta es:

3.4.1.1. Corrección por temperatura ambiente

Se emplea una gráfica que da el porcentaje del tiempo de operación medido de la curva característica I p=f(tv) en función de la temperatura ambiente[16]. La figura 36 muestra una gráfica de este tipo. Esta gráfica posee importancia fundamental en aquellos casos donde el fusible está inmerso en el aceite del equipo protegido, por ejemplo en transformadores.

Fig 36 Corrección por temperatura.

3.4.1.2. Corrección por altitud:

Fig 37 Corrección por carga inicial.

Se dan tablas que indican el factor por el que se debe multiplicar a la corriente nominal según la altura (este coeficiente vale entre 0,9 y 1)[16].

3.4.1.3 Curvas tiempo-corriente para fusibles de expulsión.

En el caso de los fusibles de expulsión, la característica de operación tiempo-corriente se da de una forma diferente a los demás fusibles. Se dan dos familias de curvas (figura 38):

- Una corresponde al tiempo de fusión (prearco) teniendo en cuenta la tolerancia en menos. - La otra corresponde al tiempo total de operación, lo que incluye el arco, más la tolerancia.

Fig 38 Curvas tiempo corriente de fusibles de expulsión

De esta manera se obtiene la tolerancia como la banda que existe entre las dos curvas. La principal ventaja del uso de dos curvas es que podemos emplear para coordinar con elementos aguas abajo solamente la curva de tiempo total y para elementos aguas arriba, la curva de tiempos mínimos de fusión.

En la curva de tiempos totales de operación se puede observar que para todos los calibres la curva se hace paralela al eje de corrientes para un tiempo aproximado de 16 ms. Esto es debido a que los fusibles de expulsión no son limitadores de la corriente de falla y por lo tanto deben esperar que la corriente “pase” por un cero natural para conseguir la interrupción definitiva. En 50 Hz, se produce un pasaje por cero de corriente cada 10 ms, pero el primer cero después de una falla puede ocurrir un poco antes o después debido a la asimetría de la corriente, dependiendo del factor de potencia y del instante (ángulo) respecto a la tensión en que se inicia la falla. Si nos ubicamos en la peor condición (factor de potencia 0,1 y ángulo de conexión 0°) tendremos que con máxima asimetría el  primer pasaje por cero es a los 16 ms y este es el valor que se coloca como el mínimo tiempo de operación que pueden tener los fusibles de expulsión, cualquiera sea su calibre (para 60 Hz este valor es 13,3 ms). Esto garantiza que si tenemos coordinación con estas curvas, lo tendremos para cualquier valor de asimetría posible del sistema, ya que en cualquier caso el tiempo de operación será menor.

3.4.2. Característica de limitación de corriente de cortocircuito.

Desde el punto de vista de nuestro estudio, se pueden dividir a los distintos tipos de fusibles, en dos grandes grupos: "Limitadores" y "No Limitadores".

Fig 39 Curva de limitación

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 mediante cualquiera de los métodos conocidos, o sea comienza el proceso de interrupción (fin del período de  prearco y comienzo del lapso de arco) antes del instante en el que se produciría el pico. Esta es una

de las principales ventajas del fusible frente a otros dispositivos de protección (ya existen en el mercado interruptores automáticos que poseen esta característica), ya que los esfuerzos electrodinámicos son proporcionales al cuadrado del valor cresta de la corriente, de manera que si se impide que se alcance éste valor, los dispositivos y equipos recorridos por ella, pueden ser menos robustos y por consecuencia más económicos.

Cuando se trata de un fusible del tipo limitador de la corriente, el fabricante de éste, debe indicar cual es el valor máximo (de cresta o pico) que su fusible permitirá pasar por el circuito protegido. Dicho  pico, para un fusible de determinadas características y a la tensión nominal, depende de la corriente

de falla; la que a su vez puede desglosarse en dos elementos: valor eficaz simétrico y grado de asimetría. De estos dos elementos, el valor eficaz simétrico está determinado por las constantes físicas del circuito, o mejor expresado, el máximo está fijado por la impedancia del circuito,

 pudiendo ser menor, según el tipo de falla y la impedancia del arco o del desperfecto propiamente dicho. En cambio el grado de asimetría está regido por el azar.

A medida que el valor eficaz simétrico es mayor, la corriente crece con mayor rapidez, o sea su  pendiente es más elevada, por lo tanto se requerirá menos tiempo para alcanzar un determinado valor

de energía específica.

Anteriormente se dijo 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 (fijado por el grado de asimetría de la corriente que lo atraviesa) es suficiente para iniciar el proceso de interrupción. Se debe tener la precaución de no tratar de determinar analíticamente a este valor de umbral, empleando el monto de energía específica de  prearco, ya que los resultados pueden apartarse bastante de la realidad.

El grado de asimetría también afecta el valor del pico máximo, pues si la corriente es totalmente simétrica su cresta se presentará un cuarto de ciclo después de haberse producido la falla (5 ms para 50 Hz), en cambio si es asimétrica el pico se producirá entre un medio y un cuarto de ciclo y su valor en el peor de los casos podrá alcanzar 1,6 veces el de pico de la simétrica.

El fabricante se ve obligado en consecuencia, a construir curvas cuyos puntos provienen de determinar experimentalmente el máximo pico posible para cada valor de corriente eficaz, independientemente del grado de asimetría, que solo depende del momento de conexión, o sea del azar y para cada tipo de fusible.

Estas son las gráficas denominadas de limitación de corriente de corto circuito. Pueden ser de dos tipos, mencionaremos la más usada.

Esta se traza en papel logarítmico, sus ejes son I pico máx. e I presunta, el primero en KA de cresta y el segundo en KA eficaz simétrico. Como parámetro se utiliza la corriente nominal del fusible. En la figura 39 se muestra una de estas curvas.

3.4.7. Característica de Energía Específica

Para comprender mejor el significado de esta gráfica, primeramente se clarificará el concepto de energía específica: "Es la energía que deja pasar el fusible hasta que interrumpe definitivamente la corriente".

La energía según la expresión de Joule es:

Si referimos la ecuación a una resistencia de valor unitario, queda transformada en:

La que por razones de simplificación se la denomina I2 t; por lo tanto:

dt

i

R 

E

=

=

∫∫

⋅⋅

2

⋅⋅

dt

i

2

⋅

∫ 

dt

i

t

I

2

=

∫ 

2

⋅

[

1

]

La energía específica I2t varía según la corriente de falla, tensión aplicada y relación X/R (cos

ϕ

). Ver punto 2.4.

Para valores de corriente de falla suficientemente grandes como para producir la fusión en tiempos menores a los 5 ms, donde se produce el efecto de limitación de corriente, el proceso se produce  prácticamente sin disipación de calor para fusibles limitadores. Es decir que todo el calor generado  por el pasaje de la corriente es absorbido por el elemento fusible y empleado en su totalidad en  producir su elevación de temperatura y posterior fusión. Este calor traducido en montos de energía será, para estos tiempos cortos, sustancialmente constante e igual al calor específico necesario para llevar a la temperatura de fusión al volumen de material de la lámina fusible (de cobre o de plata, según sea el caso). De manera que conociendo este valor de energía, se puede calcular el tiempo de fusión mediante la ecuación

[

1

]

. Pero lo que es más importante es que para estos tiempos cortos (o corrientes de falla grandes) la energía específica (I2t) es constante e independiente del valor de la corriente.

Durante el arco la energía específica irá aumentando con el aumento de corriente, pero por un lado el tiempo de operación va disminuyendo con la corriente y por el otro, para valores elevados de corriente de falla se produce el efecto de limitación de corriente (es decir que la corriente máxima crece menos que la corriente presunta de falla como se ve en la Figura 39). Esto produce un valor de energía específica máximo de arco, luego del cual va disminuyendo ligeramente con el aumento de la corriente de falla.

Todo esto nos indica que existe un valor máximo de energía específica de operación (pre arco más arco) para corrientes de cortocircuito que en muchos casos está por debajo de la capacidad de ruptura, dependiendo del diseño del fusible

Además se debe considerar la influencia de la tensión de alimentación. El valor de prearco no depende de ella, en cambio el de arco si, debido a que el proceso de arco está muy relacionado con la tensión aplicada, se podrá afirmar que a cada valor de tensión le corresponde un monto distinto de energía específica de arco. Por lo tanto si el fusible puede trabajar con distintas tensiones de alimentación, el fabricante debe dar los correspondientes valores de energía específica de arco.

Los valores de las energías específicas se suministran de diversas formas, según la modalidad del fabricante o de las normas que la reglamenten, se verán las más importantes:

a) La manera de indicar el I2t que se dará aquí es la más frecuente. Se emplea un gráfico de barras como se muestra en la figura 40 donde se indican los valores máximos de I 2t de pre arco y de arco  para cada calibre de fusible. En este gráfico se pone de manifiesto que el I2t de arco depende de la tensión aplicada, pues en ella se da un solo valor para el I2t de prearco y tres valores para el de arco, que corresponden a tres tensiones distintas; además puede verse que a medida que aumenta la tensión aplicada se incrementa el I2t de arco.

Por otra parte, el fabricante indica el monto de corriente presunta con el cual se realizó la determinación de la energía específica de arco, lo que pone de manifiesto que el valor de la corriente influye sobre el I2t de arco.

Con este procedimiento se tendría un valor de I2t de arco para cada valor de corriente presunta; pero lo que se hace para solucionar este inconveniente es dar la energía específica de arco para las peores condiciones, o sea para aquella corriente presunta que obliga al fusible a que libere la mayor cantidad de energía, a ese valor se lo denomina corriente crítica. En otras palabras los valores de I2 t corresponden a las corrientes críticas.

Fig 40 Valores de energía especifica

 b) En ciertas aplicaciones, el fusible se instalará siempre con la misma tensión, la nominal. Por lo tanto quedan como únicas variables X/R e I presunta. Se adopta el X/R más desfavorable dado por la norma vigente (por ejemplo X/R=8,273), procediendo a trazar las gráficas de I2_{t en función de I p}  para prearco y arco, con tensión nominal y X/R constantes. Una de estas gráficas puede verse en la

figura 41.