Normalmente, la clasificación de ampacidad de un conductor es un límite de diseño de circuito que nunca se debe exceder intencionalmente, pero existe una aplicación en la que se espera un exceso de ampacidad: en el caso de fusibles .
¿Qué es un fusible?
Un fusible es un dispositivo de seguridad eléctrico construido alrededor de una tira conductora diseñada para fundirse y separarse en caso de una corriente excesiva. Los fusibles siempre están conectados en serie con los componentes a proteger contra sobrecorriente, de modo que cuando el fusible se funde (se abre) abrirá todo el circuito y detendrá la corriente a través de los componentes. Un fusible conectado en una rama de un circuito paralelo , por supuesto, no afectaría la corriente a través de ninguna de las otras ramas.
Normalmente, la delgada pieza de cable fusible está contenida dentro de una funda de seguridad para minimizar los riesgos de explosión de arco si el cable se abre con fuerza violenta, como puede suceder en el caso de sobrecorrientes severas. En el caso de fusibles automotrices pequeños, la funda es transparente para que el elemento fusible pueda inspeccionarse visualmente. El cableado residencial solía emplear fusibles atornillados con cuerpos de vidrio y una delgada y delgada tira de lámina de metal en el medio. Aquí se muestra una fotografía que muestra ambos tipos de fusibles:
Los fusibles tipo cartucho son populares en aplicaciones automotrices y en aplicaciones industriales cuando se construyen con materiales de revestimiento distintos al vidrio. Debido a que los fusibles están diseñados para “abrirse” cuando se excede su capacidad nominal actual, generalmente están diseñados para reemplazarse fácilmente en un circuito. Esto significa que se insertarán en algún tipo de soporte en lugar de soldarse o atornillarse directamente a los conductores del circuito . La siguiente es una fotografía que muestra un par de fusibles de cartucho de vidrio en un portafusibles múltiples:
Los fusibles están sujetos por clips metálicos de resorte, los clips se conectan permanentemente a los conductores del circuito. El material base del portafusibles (o bloque de fusibles como se les llama a veces) se elige como un buen aislante.
Otro tipo de portafusibles para fusibles tipo cartucho se usa comúnmente para la instalación en paneles de control de equipos, donde es deseable ocultar todos los puntos de contacto eléctrico del contacto humano. A diferencia del bloque de fusibles que se acaba de mostrar, donde todos los clips metálicos están expuestos abiertamente, este tipo de portafusibles encierra completamente el fusible en una carcasa aislante:
El dispositivo más común en uso para protección contra sobrecorriente en circuitos de alta corriente hoy en día es el disyuntor .
¿Qué es un disyuntor?
Los interruptores automáticos son interruptores especialmente diseñados que se abren automáticamente para detener la corriente en caso de una condición de sobrecorriente. Los interruptores automáticos pequeños, como los que se usan en servicios residenciales, comerciales y de industria ligera, funcionan térmicamente. Contienen una tira bimetálica (una tira delgada de dos metales unidos), que se dobla cuando se calienta. Cuando la tira bimetálica genera suficiente fuerza (debido al calentamiento por sobrecorriente de la tira), se activa el mecanismo de disparo y se abre el interruptor. Los interruptores automáticos más grandes son accionados automáticamente por la fuerza del campo magnético producido por los conductores que transportan corriente dentro del interruptor, o pueden ser activados para dispararse por dispositivos externos que monitorean la corriente del circuito (esos dispositivos se llaman relés de protección ).
Debido a que los interruptores automáticos no fallan cuando se someten a condiciones de sobrecorriente, en cambio, simplemente se abren y se pueden volver a cerrar moviendo una palanca, es más probable que se encuentren conectados a un circuito de manera más permanente que los fusibles . Aquí se muestra una fotografía de un pequeño disyuntor:
Por apariencias externas, parece nada más que un interruptor. De hecho, podría usarse como tal. Sin embargo, su verdadera función es operar como un dispositivo de protección contra sobrecorriente.
Cabe señalar que algunos automóviles utilizan dispositivos económicos conocidos como enlaces fusibles para la protección contra sobrecorriente en el circuito de carga de la batería, debido al gasto de un fusible y un soporte debidamente clasificados. Un enlace fusible es un fusible primitivo, que no es más que un pequeño trozo de cable con aislamiento de goma diseñado para fundirse en caso de sobrecorriente, sin ningún tipo de revestimiento duro. Tales dispositivos crudos y potencialmente peligrosos nunca se usan en la industria o incluso en el uso de energía residencial, principalmente debido a los mayores niveles de voltaje y corriente encontrados. En lo que respecta a este autor, su aplicación incluso en circuitos automotrices es cuestionable.
El símbolo de dibujo esquemático eléctrico para un fusible es una curva en forma de S:
Clasificaciones de fusibles
Los fusibles se clasifican principalmente, como cabría esperar, en la unidad para corriente: amperios. Aunque su funcionamiento depende de la autogeneración de calor en condiciones de corriente excesiva por medio de la resistencia eléctrica del fusible , están diseñados para aportar una cantidad insignificante de resistencia adicional a los circuitos que protegen. Esto se logra en gran medida haciendo que el cable del fusible sea lo más corto posible. Al igual que la ampacidad de un cable normal no está relacionada con su longitud (el cable de cobre sólido de calibre 10 manejará 40 amperios de corriente en aire libre, independientemente de la longitud o la longitud de una pieza), un cable fusible de cierto material y calibre soplará a una cierta corriente, no importa cuánto tiempo sea. Como la longitud no es un factor en la clasificación actual, cuanto más corta sea, menor resistencia tendrá de extremo a extremo.
Sin embargo, el diseñador de fusibles también tiene que considerar lo que sucede después de que se funde un fusible: los extremos fundidos del cable una vez continuo estarán separados por un entrehierro, con un voltaje de suministro completo entre los extremos. Si el fusible no se fabrica lo suficiente en un circuito de alto voltaje, una chispa puede saltar de uno de los extremos del cable fundido al otro, completando el circuito nuevamente:
En consecuencia, los fusibles se clasifican en términos de su capacidad de voltaje, así como del nivel de corriente al que se fundirán.
Algunos fusibles industriales grandes tienen elementos de alambre reemplazables, para reducir el gasto. El cuerpo del fusible es un cartucho opaco, reutilizable, que protege el cable del fusible de la exposición y protege los objetos circundantes del cable del fusible.
Hay más en la clasificación actual de un fusible que un solo número. Si se envía una corriente de 35 amperios a través de un fusible de 30 amperios, puede explotar repentinamente o retrasarse antes de explotar, dependiendo de otros aspectos de su diseño. Algunos fusibles están destinados a explotar muy rápido, mientras que otros están diseñados para tiempos de “apertura” más modestos, o incluso para una acción retrasada dependiendo de la aplicación. Los últimos fusibles a veces se denominan fusibles de fusión lenta debido a sus características intencionales de retraso de tiempo.
Un ejemplo clásico de una aplicación de fusible de fundición lenta es en la protección del motor eléctrico, donde irrupción se experimentan corrientes de hasta diez veces la corriente de funcionamiento normal cada vez que se arranca el motor desde un punto muerto. Si se usaran fusibles de fundición rápida en una aplicación como esta, el motor nunca podría arrancar porque los niveles normales de corriente de arranque fundirían los fusibles inmediatamente. El diseño de un fusible de fusión lenta es tal que el elemento fusible tiene más masa (pero no más ampacidad) que un fusible de fusión rápida equivalente, lo que significa que se calentará más lentamente (pero a la misma temperatura final) para cualquier cantidad dada de corriente.
En el otro extremo del espectro de acción del fusible, hay fusibles semiconductores diseñados para abrirse muy rápidamente en caso de una condición de sobrecorriente. Los dispositivos semiconductores como los transistores tienden a ser especialmente intolerantes a las condiciones de sobrecorriente y, como tales, requieren protección de acción rápida contra sobrecorrientes en aplicaciones de alta potencia.
Se supone que los fusibles siempre se colocan en el lado “caliente” de la carga en los sistemas que están conectados a tierra. La intención de esto es que la carga se desenergice completamente en todos los aspectos después de que se abre el fusible. Para ver la diferencia entre fusionar el lado “caliente” versus el lado “neutral” de una carga, compare estos dos circuitos:
En cualquier caso, el fusible interrumpió con éxito la corriente a la carga, pero el circuito inferior no interrumpe el voltaje potencialmente peligroso de ambos lados de la carga a tierra, donde una persona podría estar parada. El diseño del primer circuito es mucho más seguro.
Como se dijo antes, los fusibles no son el único tipo de dispositivo de protección contra sobrecorriente en uso. Los dispositivos tipo interruptor llamados disyuntores se usan a menudo (y más comúnmente) para abrir circuitos con corriente excesiva, su popularidad debido al hecho de que no se destruyen en el proceso de romper el circuito como lo hacen los fusibles. En cualquier caso, sin embargo, la colocación del dispositivo de protección contra sobrecorriente en un circuito seguirá las mismas pautas generales enumeradas anteriormente: a saber, “fusionar” el lado de la fuente de alimentación no conectado a tierra [ 19459004].
Aunque la colocación de protección contra sobrecorriente en un circuito puede determinar el riesgo relativo de descarga eléctrica de ese circuito en diversas condiciones, debe entenderse que dichos dispositivos nunca tuvieron la intención de proteger contra descargas eléctricas. Ni los fusibles ni los disyuntores se diseñaron para abrirse en caso de que una persona se sorprendiera; más bien, están destinados a abrirse solo bajo condiciones de sobrecalentamiento potencial del conductor. Los dispositivos de sobrecorriente protegen principalmente los conductores de un circuito del daño por sobretemperatura (y los riesgos de incendio asociados con conductores demasiado calientes), y en segundo lugar protegen piezas específicas de equipos como cargas y generadores (algunos fusibles de acción rápida están diseñados para proteger dispositivos electrónicos particularmente susceptibles a las sobretensiones actuales). Dado que los niveles de corriente necesarios para una descarga eléctrica o electrocución son mucho más bajos que los niveles de corriente normales de las cargas de energía comunes, una condición de sobrecorriente no es indicativa de una descarga. Hay otros dispositivos diseñados para detectar ciertas condiciones de choque (los detectores de fallas a tierra son los más populares), pero estos dispositivos cumplen estrictamente ese único propósito y no están involucrados con la protección de los conductores contra el sobrecalentamiento.
REVISIÓN:
- Un fusible es un conductor pequeño y delgado diseñado para fundirse y separarse en dos partes con el fin de romper un circuito en caso de una corriente excesiva.
- Un disyuntor es un interruptor especialmente diseñado que se abre automáticamente para interrumpir la corriente del circuito en caso de una condición de sobrecorriente. Se pueden “disparar” (abrir) térmicamente, mediante campos magnéticos o mediante dispositivos externos llamados “relés de protección”, según el diseño del interruptor, su tamaño y la aplicación.
- Los fusibles se clasifican principalmente en términos de corriente máxima, pero también se clasifican en términos de cuánta caída de voltaje soportarán de manera segura después de interrumpir un circuito.
- Los fusibles pueden diseñarse para fundirse rápido, lento o en cualquier punto intermedio para el mismo nivel máximo de corriente.
- El mejor lugar para instalar un fusible en un sistema de alimentación con conexión a tierra es en la ruta del conductor sin conexión a tierra a la carga. De esta forma, cuando se funde el fusible, solo habrá un conductor conectado a tierra (seguro) conectado a la carga, lo que hará que sea más seguro para las personas.
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