Tipus de fusibles

Cada sistema elèctric funciona en el balanç d'energia subministrada i consumida. Quan s'aplica tensió a un circuit elèctric, s'aplica a una certa resistència del circuit. Com a resultat, basant-se en la llei d'Ohm, es genera un corrent a causa de l'acció del qual es fa treball.

En el cas de defectes d'aïllament, errors de muntatge, mode d'emergència, la resistència del circuit elèctric disminueix gradualment o baixa bruscament. Això comporta un augment corresponent de la intensitat que, en superar el valor nominal, provoca danys en equips i persones.

Els problemes de seguretat sempre han estat i seran rellevants a l'hora d'utilitzar l'energia elèctrica. Per tant, es presta constantment una atenció especial als dispositius de protecció. Els primers dissenys d'aquest tipus, anomenats fusibles, encara s'utilitzen àmpliament avui dia.

El fusible elèctric forma part del circuit de treball, es talla a la secció del cable d'alimentació, ha de suportar de manera fiable la càrrega de treball i protegir el circuit de l'aparició de corrents excessives.Aquesta funció és la base de la classificació del corrent nominal.

Segons el principi de funcionament aplicat i el mètode de trencament del circuit, tots els fusibles es divideixen en 4 grups:

1. amb enllaç fusible;

2. disseny electromecànic;

3. Basat en components electrònics;

4. Models d'autocuració amb propietats reversibles no lineals després de l'acció de la sobreintensitat.

Enllaç calent

Els fusibles d'aquest disseny inclouen un element conductor que, sota l'acció d'un corrent superior al valor nominal establert, es fon per sobreescalfament i s'evapora. Això elimina la tensió del circuit i el protegeix.

Els enllaços fusibles poden ser de metalls com ara coure, plom, ferro, zinc o alguns aliatges que tenen un coeficient d'expansió tèrmica que proporciona les propietats protectores dels equips elèctrics.

A la figura es mostren les característiques de calefacció i refrigeració dels cables per a equips elèctrics en condicions de funcionament estacionari.

El funcionament del fusible a la càrrega de disseny s'assegura creant un equilibri de temperatura fiable entre la calor alliberada al metall pel pas d'un corrent elèctric en funcionament a través d'ell i l'eliminació de calor al medi ambient a causa de la dissipació.

En cas de modes d'emergència, aquest equilibri es veu alterat ràpidament.

La part metàl·lica del fusible augmenta el valor de la seva resistència activa quan s'escalfa. Això resulta en més escalfament, ja que la calor generada és directament proporcional al valor de I2R. Al mateix temps, la resistència i la generació de calor augmenten de nou. El procés continua com una allau fins que es produeix la fusió, l'ebullició i la destrucció mecànica del fusible.

Quan el circuit es trenca, hi ha un arc elèctric dins del fusible. Fins al moment de la completa desaparició, hi passa un corrent perillós per a la instal·lació, que canvia segons la característica que es mostra a la figura següent.

El principal paràmetre de funcionament del fusible és el seu corrent característic al llarg del temps, que determina la dependència del múltiple del corrent d'emergència (relatiu al valor nominal) del temps de resposta.

Per accelerar el funcionament del fusible a baixes taxes de corrent d'emergència, s'utilitzen tècniques especials:

• crear formes de secció transversal variable amb àrees d'àrea reduïda;

• utilitzant l'efecte metal·lúrgic.

Canvia pestanya

A mesura que les plaques s'estrenyen, la resistència augmenta i es genera més calor. En funcionament normal, aquesta energia té temps de repartir-se uniformement per tota la superfície i, en cas de sobrecàrrega, es creen zones crítiques en llocs estrets. La seva temperatura arriba ràpidament a un estat en què el metall es fon i trenca el circuit elèctric.

Per augmentar la velocitat, les plaques estan fetes de làmina fina i s'utilitzen en diverses capes connectades en paral·lel. La crema de cada àrea d'una de les capes accelera l'operació de protecció.

El principi de l'efecte metal·lúrgic

Es basa en la propietat de certs metalls de baix punt de fusió, per exemple el plom o l'estany, de dissoldre més coure, plata i certs aliatges refractaris en la seva estructura.

Per fer-ho, s'apliquen gotes d'estany als cables trenats a partir dels quals es fa l'enllaç fusible.A la temperatura permesa del metall dels cables, aquests additius no creen cap efecte, però en mode d'emergència es fonen ràpidament, dissolen part del metall base i proporcionen una acceleració del funcionament del fusible.

L'eficàcia d'aquest mètode només es manifesta en cables prims i disminueix significativament amb un augment de la seva secció transversal.

El principal desavantatge d'un fusible és que quan s'activa, s'ha de substituir manualment per un de nou. Això requereix mantenir les seves existències.

Fusibles electromecànics

El principi de tallar un dispositiu de protecció al cable d'alimentació i assegurar-ne la ruptura per tal d'alleujar la tensió permet classificar els productes electromecànics creats per a això com a fusibles. Tanmateix, la majoria d'electricistes els classifiquen en una classe separada i els anomenen disjuntors o abreujat com a màquines automàtiques.

Durant el seu funcionament, un sensor especial controla constantment el valor del corrent que passa. Després d'arribar a un valor crític, s'envia un senyal de control a la unitat: una molla carregada d'un llançament tèrmic o magnètic.

Fusibles de components electrònics

En aquests dissenys, la funció de protecció del circuit elèctric és assumida per interruptors electrònics sense contacte basats en dispositius semiconductors de potència de díodes, transistors o tiristors.

Aquests s'anomenen fusibles electrònics (EP) o mòduls de commutació i control de corrent (MKKT).

Com a exemple, la figura mostra un diagrama de blocs que mostra el principi de funcionament d'un fusible transistor.

El circuit de control d'aquest fusible elimina el senyal de valor de corrent mesurat de la derivació resistiva.Es modifica i s'aplica a l'entrada de la porta semiconductora aïllada Transistor d'efecte de camp tipus MOSFET. 

Quan el corrent a través del fusible comença a superar el valor permès, la porta es tanca i la càrrega s'apaga. En aquest cas, el fusible es canvia al mode de bloqueig automàtic.

Si s'utilitza molta videovigilància al circuit, es fa difícil determinar el fusible cremat. Per facilitar-ne la localització, s'ha introduït la funció de senyalització "Alarma", que es pot detectar pel flaix del LED o activant un relé sòlid o electromecànic.

Aquests fusibles electrònics són d'acció ràpida, el seu temps de resposta no supera els 30 mil·lisegons.

L'esquema comentat anteriorment es considera simple, es pot ampliar significativament amb noves funcions addicionals:

• monitorització contínua del corrent al circuit de càrrega amb la formació d'ordres d'apagada quan el corrent supera el 30% del valor nominal;

• apagada de la zona protegida en cas de curtcircuits o sobrecàrregues amb senyal quan la intensitat de la càrrega augmenta per sobre del 10% de la configuració establerta;

• protecció de l'element de potència del transistor en cas de temperatures superiors a 100 graus.

Per a aquests esquemes, els mòduls ICKT utilitzats es divideixen en 4 grups de temps de resposta. Els dispositius més ràpids es classifiquen com a classe «0». Interrompen corrents que superen l'ajust en un 50% fins a 5 ms, un 300% en 1,5 ms, un 400% en 10 μs.

Fusibles autocurables

Aquests dispositius de protecció es diferencien dels fusibles perquè, després d'apagar la càrrega d'emergència, conserven la seva operabilitat per a un ús repetit.Per això es deien autocuració.

El disseny es basa en materials polímers amb un coeficient de temperatura positiu de resistència elèctrica. Tenen una estructura de gelosia cristal·lina en condicions normals i normals i es transformen bruscament en un estat amorf quan s'escalfen.

La característica d'activació d'un fusible d'aquest tipus es dóna normalment com el logaritme de la resistència en funció de la temperatura del material.

Quan un polímer té una xarxa cristal·lina, és bo, com un metall, per conduir l'electricitat. En estat amorf, la conductivitat es degrada significativament, cosa que garanteix que la càrrega s'apaga quan es produeix un mode anormal.

Aquests fusibles s'utilitzen en dispositius de protecció per eliminar l'aparició de sobrecàrregues repetides quan la substitució del fusible o les accions manuals de l'operador són difícils. És el camp dels dispositius electrònics automàtics àmpliament utilitzats en tecnologia informàtica, aparells mòbils, tecnologia mèdica i de mesura i vehicles.

El funcionament fiable dels fusibles de restabliment automàtic es veu afectat per la temperatura ambient i la quantitat de corrent que hi circula. Per tal de comptabilitzar-se, s'han introduït unes condicions tècniques:

• corrent de transmissió, definit com el valor màxim a una temperatura de +23 graus centígrads, que no activa el dispositiu;

• el corrent de funcionament, com a valor mínim que, a la mateixa temperatura, condueix a la transició del polímer a un estat amorf;

• el valor màxim de la tensió de funcionament aplicada;

• temps de resposta, mesurat des del moment en què es produeix el corrent d'emergència fins que s'apaga la càrrega;

• dissipació de potència, que determina la capacitat del fusible a +23 graus per transferir calor al medi ambient;

• resistència inicial abans de connectar-se al treball;

• la resistència arriba 1 hora després del final de l'operació.

Els protectors d'autocuració tenen:

• mides petites;

• resposta ràpida;

• Treball estable;

• protecció combinada dels dispositius contra la sobrecàrrega i el sobreescalfament;

• sense necessitat de manteniment.

Varietat de dissenys de fusibles

Depenent de les tasques, es creen fusibles per funcionar en circuits:

• instal·lacions industrials;

• electrodomèstics d'ús general.

Com que funcionen en circuits amb diferents voltatges, els recintes es fabriquen amb propietats dielèctriques distintives. Segons aquest principi, els fusibles es divideixen en estructures que funcionen:

• amb dispositius de baixa tensió;

• en circuits de fins a 1000 volts inclosos;

• en circuits d'equips industrials d'alta tensió.

Els dissenys especials inclouen fusibles:

• explosiu;

• perforat;

• amb extinció d'arc quan el circuit s'obre en canals estrets de farciments de gra fi o la formació d'autogàs o explosió líquida;

• per a vehicles.

El corrent de falla limitada d'un fusible pot variar des de fraccions d'un ampere fins a quiloamperes.

De vegades, els electricistes, en comptes d'un fusible, instal·len un cable calibrat a la carcassa. Aquest mètode no es recomana, perquè fins i tot amb una selecció precisa de la secció transversal, la resistència elèctrica del cable pot diferir de la recomanada a causa de les propietats del metall o de l'aliatge. Aquest fusible no funcionarà segur.

Un error encara més gran és l'ús accidental de "bitxos" casolans.Són la causa més freqüent d'accidents i incendis en el cablejat elèctric.