Fusibles Definición y Clasificación.

Variables y Clasificación de los Fusibles

Definición:

Un fusible es un dispositivo de seguridad eléctrico diseñado para proteger circuitos y equipos de corrientes excesivas, como las causadas por sobrecargas o cortocircuitos. Su componente esencial es un filamento o lámina metálica con un bajo punto de fusión, que se coloca en serie con el circuito. Cuando la corriente supera un valor predeterminado, este filamento se calienta y se funde, abriendo el circuito e interrumpiendo el flujo de electricidad para evitar daños mayores. Es un dispositivo de "sacrificio", lo que significa que una vez que cumple su función, debe ser reemplazado.

Fusibles

Variables Clave de un Fusible

La selección y el funcionamiento de un fusible están definidos por varias variables cruciales:

1. Corriente Nominal (Rated Current)

Es la máxima corriente que el fusible puede conducir de forma continua e indefinida sin fundirse. Se expresa en amperios (A). Es fundamental que la corriente nominal del fusible sea adecuada para la carga del circuito que protege, ya que si es demasiado baja, el fusible se fundirá sin una falla real, y si es demasiado alta, no protegerá el circuito eficazmente ante una sobrecorriente.

2. Tensión Nominal (Rated Voltage)

Es la máxima tensión a la que el fusible puede operar de forma segura e interrumpir la corriente sin que se produzca un arco eléctrico sostenido después de que el filamento se funde. Se expresa en voltios (V). La tensión nominal del fusible debe ser igual o superior a la tensión del circuito en el que se instala.

3. Capacidad de Interrupción o Ruptura (Breaking Capacity / Interrupting Rating)

Es la máxima corriente de falla que el fusible puede interrumpir de forma segura sin destruirse o provocar un incendio. Se expresa en kiloamperios (kA). Es crucial que esta capacidad sea igual o superior a la corriente de cortocircuito máxima esperada en el circuito, para garantizar que el fusible pueda manejar fallas graves.

4. Curva Tiempo-Corriente (Time-Current Curve)

Describe la relación entre la magnitud de la corriente que fluye a través del fusible y el tiempo que tarda en fundirse. Existen fusibles de:

• Acción rápida: Se funden casi instantáneamente cuando la corriente excede su valor nominal. Son ideales para proteger componentes electrónicos sensibles.
• Retardados (Time-Delay): Pueden soportar sobrecorrientes temporales (picos de corriente) durante un breve período antes de fundirse, lo que los hace adecuados para circuitos con cargas inductivas (como motores) que tienen corrientes de arranque elevadas. 

5. I2t (Integral de Joule)

Esta variable representa la energía necesaria para fundir el elemento del fusible. Es un parámetro importante para coordinar la protección entre diferentes dispositivos y para la protección de semiconductores sensibles. El I2t de fusión indica la energía mínima que debe pasar a través del fusible para que se funda.

6. Temperatura Ambiente 

La temperatura del entorno donde se instala el fusible afecta su rendimiento. Una temperatura ambiente elevada puede reducir la capacidad del fusible para conducir corriente sin fundirse, ya que el calor externo se suma al calor generado internamente por la corriente.

7. Tipo de Material del Elemento Fusible

El material del filamento (zinc, cobre, plata, aleaciones) influye en su punto de fusión, resistencia y características de envejecimiento, afectando directamente la curva tiempo-corriente y la precisión del fusible.

Comprender estas variables es esencial para seleccionar el fusible adecuado que garantice la protección efectiva y la seguridad de los sistemas eléctricos.

Desarrollo de Variables:

Corriente Nominal (Rated Current)

La Corriente Nominal (Rated Current), a menudo abreviada como IN​, es la máxima corriente eléctrica que un dispositivo o componente puede conducir de forma continua y segura, bajo condiciones de operación específicas, sin sufrir daños ni degradación en su rendimiento. Se expresa en amperios (A).

Imaginemos un fusible como un puente que permite el paso del agua (la corriente). La corriente nominal sería la cantidad máxima de agua que ese puente está diseñado para soportar de manera constante sin romperse ni debilitarse.

Aquí se detalla algunos puntos clave:

• Operación Continua: Se refiere a la corriente que el dispositivo puede manejar indefinidamente, no solo por un corto período. Si un dispositivo está diseñado para 10 A nominales, significa que puede operar con 10 A durante horas, días o años sin problemas.
• Seguridad y Fiabilidad: Este valor es determinado por el fabricante basándose en pruebas y el diseño del material. Exceder la corriente nominal de un componente, incluso por un margen pequeño y durante un tiempo prolongado, puede llevar a un sobrecalentamiento gradual, lo que a su vez causa:
• Daño al Componente: Degradación del aislamiento, fallas internas, o incluso la destrucción completa del dispositivo.
• Riesgos de Seguridad: Sobrecalentamiento de cables, lo que puede provocar incendios o fallas en el sistema.
• Punto de Referencia: Para dispositivos de protección como fusibles o disyuntores, la corriente nominal es el umbral a partir del cual empiezan a actuar o se especifica su curva de disparo. Por ejemplo, un fusible de 10 A nominales se fundirá cuando la corriente exceda este valor por un tiempo determinado (según su curva tiempo-corriente).
• Condiciones Específicas: La corriente nominal se especifica bajo ciertas condiciones ambientales, como una temperatura ambiente estándar (típicamente 20∘C o 25∘C). Si un dispositivo opera en un ambiente más cálido, su capacidad real de conducción puede ser menor (conocido como derating o desclasificación), y se deberá seleccionar un componente con una corriente nominal superior a la calculada para la carga. 

Ejemplos Comunes:

• Fusibles: Un fusible de 5 A nominales está diseñado para permitir el paso constante de 5 A. Si la corriente supera los 5 A (por ejemplo, a 7 A durante un tiempo prolongado o 20 A al instante), se fundirá para proteger el circuito.
• Cables: Un cable eléctrico tiene una corriente nominal máxima que puede transportar sin sobrecalentarse y dañar su aislamiento.
• Motores: Un motor eléctrico tiene una corriente nominal de plena carga a la que funciona de manera eficiente y segura bajo sus condiciones de diseño.
• Interruptores/Disyuntores: Un disyuntor de 20 A nominales está diseñado para transportar 20 A continuamente y dispararse cuando la corriente excede este valor.

Tensión Nominal (Rated Voltage)

La Tensión Nominal (Rated Voltage), a menudo representada como UN​ o VN​, es la máxima tensión eléctrica a la que un dispositivo, componente o sistema está diseñado para operar de forma continua y segura, sin sufrir daños ni comprometer su rendimiento o seguridad. Se expresa en voltios (V).

Para entenderlo mejor, podemos pensar en la tensión como la "presión" con la que la electricidad es impulsada a través de un circuito. La tensión nominal es la presión máxima que el componente está diseñado para soportar de manera constante.

Aquí se detalla algunos puntos clave:

• Operación Segura: Es la tensión de diseño para la cual el dispositivo ha sido construido y probado para funcionar sin riesgo de averías, sobrecalentamiento de aislamiento o descargas disruptivas (arcos eléctricos).
• Aislamiento: La tensión nominal está directamente relacionada con la capacidad de aislamiento de un componente. Por ejemplo, un cable diseñado para 220 V tiene un aislamiento que puede soportar esa diferencia de potencial de forma segura. Si se le aplica una tensión significativamente mayor, el aislamiento podría fallar.
• Fusibles: Para un fusible, la tensión nominal es particularmente importante. No solo debe ser capaz de conducir la corriente a esa tensión, sino que, en caso de fundirse, debe ser capaz de interrumpir el arco eléctrico que se forma entre sus terminales una vez que el filamento se rompe. Si la tensión del circuito excede la tensión nominal del fusible, el arco podría mantenerse, causando un cortocircuito continuo y un grave riesgo de seguridad.
• Compatibilidad: Es fundamental que la tensión nominal del componente o dispositivo sea igual o superior a la tensión de operación del circuito en el que se va a instalar. Nunca debe ser inferior.
• Corriente Alterna (AC) vs. Corriente Continua (DC): La tensión nominal puede especificarse para AC, DC, o ambas. Es crucial prestar atención a esto, ya que la capacidad de un dispositivo para interrumpir un arco es diferente en AC (donde la tensión cruza por cero periódicamente, lo que ayuda a extinguir el arco) que en DC (donde la tensión es constante y el arco es más difícil de romper). Por lo tanto, un fusible de 250 V AC podría no ser adecuado para un circuito de 250 V DC. 

Ejemplos Comunes:

• Fusible: Un fusible de 250 V AC está diseñado para proteger circuitos que operan hasta 250 V AC. Si se usa en un circuito de 400 V AC y se funde, podría no ser capaz de interrumpir el arco, resultando en una falla catastrófica.
• Interruptor: Un interruptor de 600 V está diseñado para conectar o desconectar un circuito que opera a esa tensión de forma segura, garantizando que sus contactos y aislamiento puedan soportar esa diferencia de potencial.
• Motor: Un motor de 380 V está diseñado para operar eficientemente y sin sobrecargas de aislamiento a esa tensión específica. 

La Tensión Nominal te indica la "presión" eléctrica máxima que un componente puede manejar de manera segura. Es una especificación vital para garantizar que el dispositivo pueda soportar las fuerzas eléctricas sin fallar catastróficamente, especialmente al interrumpir una corriente de falla.

Capacidad de Interrupción o Ruptura (Breaking

Capacity / Interrupting Rating)

La Capacidad de Interrupción o Ruptura (Breaking Capacity / Interrupting Rating) es una de las especificaciones más críticas para un fusible o cualquier dispositivo de protección de circuito (como un disyuntor). Se refiere a la máxima corriente de cortocircuito que el dispositivo es capaz de interrumpir de forma segura, eficaz y sin sufrir daños catastróficos o poner en riesgo la seguridad, en la tensión nominal para la cual fue diseñado. Se expresa típicamente en kiloamperios (kA).

Imagina que un cortocircuito es como una explosión de agua en una tubería. La capacidad de interrupción de un fusible es como la capacidad de una válvula de seguridad para cerrar completamente esa tubería durante una explosión, sin romperse ni permitir que el agua siga fluyendo incontrolablemente.

Aquí se detalla los puntos clave:

• Corriente de Cortocircuito: Cuando ocurre un cortocircuito, la impedancia del circuito cae casi a cero, lo que provoca un aumento masivo e instantáneo de la corriente, que puede ser miles de veces superior a la corriente normal de operación. Esta es la "corriente de falla" máxima que el fusible debe ser capaz de manejar.
• Interrupción Segura: 
• La importancia de una alta capacidad de interrupción radica en que el fusible debe ser capaz de:
• Extinguir el Arco Eléctrico: Al fundirse el elemento del fusible, se forma un arco eléctrico entre los terminales. Este arco es una columna de plasma conductora que, si no se extingue rápidamente, mantendría el flujo de corriente del cortocircuito, incluso con el fusible "fundido". Los fusibles de alta capacidad tienen mecanismos internos (como arena de cuarzo o diseños especiales) para sofocar este arco de manera efectiva.
• Contener la Energía: El fusible no debe desintegrarse, explotar, liberar gases ionizados peligrosos o provocar un incendio cuando interrumpe esta corriente masiva. Debe contener la energía liberada durante la interrupción 

• Importancia Crítica:
• Prevención de Daños Catastróficos: Si la corriente de cortocircuito excede la capacidad de interrupción del fusible, este fallará de manera violenta (explotará), pudiendo causar daños severos al panel eléctrico, equipos adyacentes e incluso lesiones al personal.
• Seguridad del Sistema: Un fusible con capacidad de interrupción insuficiente no proporcionará una protección real ante un cortocircuito severo, dejando el sistema vulnerable a la destrucción.

 

• Cálculo de la Corriente de Cortocircuito: 
• Para seleccionar un fusible con la capacidad de interrupción adecuada, es esencial calcular la corriente de cortocircuito máxima posible en el punto de instalación. Esto depende de la potencia del transformador de suministro, la impedancia de la red y la distancia al punto de falla. Este cálculo es un paso fundamental en el diseño de cualquier sistema eléctrico.

Ejemplos:

• Un fusible típico para una aplicación residencial puede tener una capacidad de interrupción de 10 kA o 15 kA. Esto significa que puede interrumpir un cortocircuito de hasta 10,000 A o 15,000 A de forma segura.
• Un fusible industrial de alta capacidad (HRC o UL Clase J) puede tener una capacidad de interrupción de 200 kA o más, lo que lo hace apto para sistemas con muy alta energía de falla. 

La Capacidad de Interrupción no es la corriente que el fusible maneja normalmente, sino la falla de corriente máxima que puede "romper" o cortar de manera segura sin autodestruirse. Es un factor determinante en la seguridad y la fiabilidad de la protección eléctrica.

Curva Tiempo-Corriente (Time-Current Curve)

La Curva Tiempo-Corriente (Time-Current Curve), también conocida como Curva de Disparo, es un gráfico fundamental que representa la relación entre la magnitud de la corriente que fluye a través de un dispositivo de protección (como un fusible o un disyuntor) y el tiempo que tarda ese dispositivo en operar (interrumpir el circuito). Es una herramienta esencial para seleccionar y coordinar la protección eléctrica en cualquier sistema.

Imagina una carrera de velocidad:

• La corriente (eje horizontal) es la "velocidad" a la que corre la falla.
• El tiempo (eje vertical) es el "tiempo" que tarda el dispositivo en reaccionar y detener la falla.

La curva muestra que a mayor corriente de falla, menor será el tiempo que tardará el dispositivo en actuar. A la inversa, para corrientes de sobrecarga más pequeñas pero sostenidas, el dispositivo tolerará la condición por un tiempo más largo antes de dispararse.

 Características Clave de la Curva:

1. Ejes Logarítmicos: Generalmente, ambos ejes (corriente y tiempo) se representan en una escala logarítmica para abarcar un amplio rango de valores de corriente y tiempo, desde milisegundos hasta horas.
2. Zona de Operación: La curva define el umbral a partir del cual el fusible se fundirá. Cualquier punto (corriente, tiempo) que se encuentre por encima y a la izquierda de la curva indica que el fusible operará.
3. Zona de No Operación: Cualquier punto que se encuentre por debajo y a la derecha de la curva indica que el fusible no se fundirá (o el disyuntor no disparará) para esa combinación de corriente y tiempo. 

Tipos de Curvas Tiempo-Corriente (para Fusibles):

Las formas de estas curvas definen el "carácter" de respuesta de un fusible:

• Curva de Fusible de Acción Rápida (Fast-Acting):
• Forma: La curva desciende bruscamente. Muestra que el fusible reacciona casi instantáneamente cuando la corriente excede su valor nominal.
• Uso: Ideal para proteger componentes electrónicos muy sensibles (como semiconductores) que no pueden tolerar ni siquiera una fracción de segundo 2 sobrecorriente.

 

• Curva de Fusible Retardado o de Acción Lenta (Time-Delay / Slow-Blow):
• Forma: La curva tiene una sección más plana en el rango de sobrecargas bajas a moderadas, lo que indica que el fusible puede soportar corrientes elevadas durante un período breve sin fundirse.
• Uso: Esencial para cargas con altas corrientes de arranque (como motores o transformadores) que tienen picos de corriente momentáneos al encenderse. Estos fusibles distinguen entre una corriente de arranque normal y una falla sostenida.

Importancia de la Curva Tiempo-Corriente en la Selección y Coordinación

1. Selección del Fusible Correcto: Permite elegir un fusible cuya curva se adapte a las necesidades específicas de la carga. Por ejemplo, un motor requerirá un fusible con una curva retardada, mientras que una placa electrónica sensible necesitará uno de acción rápida.
2. Coordinación de la Protección: Es crucial en sistemas complejos con múltiples dispositivos de protección en cascada (por ejemplo, un fusible principal en el tablero y fusibles secundarios en los equipos). La coordinación implica seleccionar dispositivos de tal manera que, en caso de una falla, solo el dispositivo más cercano a la falla opere, dejando el resto del sistema en funcionamiento. Esto se logra superponiendo las curvas tiempo-corriente de los diferentes dispositivos y asegurándose de que no se crucen de forma indebida.
3. Prevención de Disparos Nuisance (Intempestivos): Al entender la curva, se evita seleccionar fusibles que se fundan innecesariamente ante picos de corriente normales de operación, lo que reduciría la confiabilidad del sistema.
4. Optimización de la Protección: Permite una protección eficaz 
5. ormales de operación, lo que reduciría la confiabilidad del sistema.
6. Optimización de la Protección: Permite una protección eficaz sin ser excesivamente "sensible", garantizando que los equipos se protejan sin interrupciones innecesarias.

 

La Curva Tiempo-Corriente es la "huella digital" del comportamiento de un fusible (o disyuntor) frente a las sobrecorrientes. Comprenderla es fundamental para diseñar sistemas eléctricos seguros, fiables y eficientes, asegurando que la protección actúe de la manera deseada cuando se produce una falla.

 

I2t (Integral de Joule)

La I2t (Integral de Joule), también conocida como Energía de Paso, es un parámetro crucial para caracterizar el rendimiento de los fusibles y, más ampliamente, en la protección de circuitos eléctricos. Se mide en amperios al cuadrado por segundo (A2⋅s)

Qué Representa la I2t:

Matemáticamente, la I2t es la integral del cuadrado de la corriente (I2) con respecto al tiempo (t) durante un intervalo dado. Su fórmula general es:

I2t=∫t1​t2​​i2(t)dt

Donde:

• i(t) es la corriente instantánea que fluye a través del componente.
• t1​ es el instante en que comienza el evento (por ejemplo, el inicio de una sobrecorriente).
• t2​ es el instante en que termina el evento (por ejemplo, cuando el fusible se funde y el circuito se interrumpe).

 

Relación con la Energía Térmica (Efecto Joule)

El nombre "Integral de Joule" proviene del Efecto Joule, que establece que la energía térmica disipada en una resistencia es proporcional al cuadrado de la corriente, la resistencia y el tiempo (E=I2⋅R⋅t).

Dado que la resistencia (R) del elemento fusible es relativamente constante durante el proceso de fusión (hasta que el arco se extingue), la I2t se convierte en una medida directa de la energía térmica total que pasa a través del elemento fusible (y que es capaz de fundirlo). Cuanto mayor sea la I2t, más energía térmica puede soportar el fusible antes de fundirse

Tipos de I2t en Fusible

Para los fusibles, la I2t se desglosa en dos componentes principales, que son críticos para su selección y coordinación:

 

1. I2t de Prefusión (Pre-Arcing I2t / Melting I2t):
• Es la energía térmica que el elemento fusible necesita absorber para alcanzar su temperatura de fusión y abrirse, desde el inicio de la sobrecorriente hasta el momento justo antes de que se forme el arco eléctrico.
• Este valor es una propiedad inherente del diseño del fusible (material, geometría del filamento).
• Es crucial para coordinar la protección con otros componentes sensibles, como semiconductores, que tienen su propio límite de I2t que pueden soportar sin dañarse. El I2t de prefusión del fusible debe ser menor que el I2t que el componente puede soportar.

 

2. I2t de Arco (Arcing I2t):
• Es la energía térmica liberada durante el proceso de extinción del arco eléctrico, desde el momento en que el elemento se funde hasta que la corriente se interrumpe completamente.
• Este valor es importante para la capacidad de interrupción del fusible.

 

3. I2t Total de Interrupción (Total Clearing I2t):
• Es la suma de la I2t de prefusión y la I2t de arco (I2tTotal​=I2tPrefusioˊn​+I2tArco​).
• Representa la energía térmica total que el circuito dejará pasar mientras el fusible interrumpe una falla.

Importancia de la I2t




• Protección de Componentes Sensibles: Es fundamental para proteger dispositivos que tienen una baja tolerancia a la energía térmica, como los semiconductores (diodos, tiristores, IGBTs). Si la I2t que deja pasar el fusible es mayor que la I2t máxima que el semiconductor puede soportar, este último se dañará incluso si el fusible se funde.
• Coordinación de Protección: Permite coordinar la operación de diferentes dispositivos de protección en un sistema. Al comparar las I2t de diferentes fusibles o disyuntores, se puede asegurar que solo el dispositivo más cercano a la falla actúe, minimizando la interrupción del servicio.
• Diseño de Circuitos: Los ingenieros usan los valores de I2t proporcionados por los fabricantes de fusibles para dimensionar correctamente los conductores y otros componentes del circuito, asegurando que puedan soportar la energía de falla que el fusible permitirá pasar antes de interrumpir la corriente.
• Caracterización de la Velocidad de Fusión: Un fusible con un valor de I2t de prefusión bajo es un fusible de acción rápida, mientras que uno con un I2t más alto será más retardado.

 

La I2t es una medida crucial de la energía térmica que un fusible puede manejar antes de operar, o que deja pasar durante una falla. Es un concepto indispensable para la selección precisa de fusibles, especialmente en la protección de equipos electrónicos sensibles y en la coordinación de sistemas eléctricos complejos.

Temperatura Ambiente

La temperatura ambiente juega un papel fundamental y directo en el rendimiento y la vida útil de los fusibles. Esto se debe a que el principio de funcionamiento de un fusible se basa en el efecto Joule (generación de calor por el paso de la corriente) y la fusión de un elemento metálico a una temperatura específica

Cómo Afecta la Temperatura Ambiente a los Fusibles:

1. Reducción de la Capacidad de Corriente (Derating) en Altas Temperaturas

 

• Principio: Los fusibles se prueban y su corriente nominal se especifica generalmente a una temperatura ambiente de 25∘C (o a veces 23∘C o 20∘C) en condiciones de aire libre. Si el fusible opera en un ambiente donde la temperatura es superior a esta referencia, el elemento fusible ya estará más caliente antes de que pase cualquier corriente de carga.
• Efecto: Este calor adicional reduce la cantidad de corriente que el fusible puede conducir de forma segura antes de alcanzar su punto de fusión. En otras palabras, un fusible de 10 A nominales podría fundirse a 8 A o menos si la temperatura ambiente es, por ejemplo, de 60∘C. Esto se conoce como desclasificación por temperatura (temperature derating).
• Implicación: Si no se considera el derating, se corre el riesgo de que el fusible se funda prematuramente (disparos intempestivos o "nuisance blowing") bajo corrientes normales de operación, causando interrupciones innecesarias.
• Solución: Los fabricantes proporcionan curvas de desclasificación por temperatura o tablas de corrección que indican el porcentaje de la corriente nominal que el fusible puede conducir de forma segura a diferentes temperaturas ambiente. Al seleccionar un fusible, se debe elegir uno con una corriente nominal suficientemente alta, aplicando el factor de derating, para la máxima temperatura ambiente esperada.

 

2. Influencia en la Curva Tiempo-Corrient 
7. sin ser excesivamente "sensible", garantizando que los equipos se protejan sin interrupciones innecesarias.

 

La Curva Tiempo-Corriente es la "huella digital" del comportamiento de un fusible (o disyuntor) frente a las sobrecorrientes. Comprenderla es fundamental para diseñar sistemas eléctricos seguros, fiables y eficientes, asegurando que la protección actúe de la manera deseada cuando se produce una falla.

 

I2t (Integral de Joule)

La I2t (Integral de Joule), también conocida como Energía de Paso, es un parámetro crucial para caracterizar el rendimiento de los fusibles y, más ampliamente, en la protección de circuitos eléctricos. Se mide en amperios al cuadrado por segundo (A2⋅s)

Qué Representa la I2t:

Matemáticamente, la I2t es la integral del cuadrado de la corriente (I2) con respecto al tiempo (t) durante un intervalo dado. Su fórmula general es:

I2t=∫t1​t2​​i2(t)dt

Donde:

• i(t) es la corriente instantánea que fluye a través del componente.
• t1​ es el instante en que comienza el evento (por ejemplo, el inicio de una sobrecorriente).
• t2​ es el instante en que termina el evento (por ejemplo, cuando el fusible se funde y el circuito se interrumpe).

 

Relación con la Energía Térmica (Efecto Joule)

El nombre "Integral de Joule" proviene del Efecto Joule, que establece que la energía térmica disipada en una resistencia es proporcional al cuadrado de la corriente, la resistencia y el tiempo (E=I2⋅R⋅t).

Dado que la resistencia (R) del elemento fusible es relativamente constante durante el proceso de fusión (hasta que el arco se extingue), la I2t se convierte en una medida directa de la energía térmica total que pasa a través del elemento fusible (y que es capaz de fundirlo). Cuanto mayor sea la I2t, más energía térmica puede soportar el fusible antes de fundirse

Tipos de I2t en Fusible

Para los fusibles, la I2t se desglosa en dos componentes principales, que son críticos para su selección y coordinación:

 

1. I2t de Prefusión (Pre-Arcing I2t / Melting I2t):
• Es la energía térmica que el elemento fusible necesita absorber para alcanzar su temperatura de fusión y abrirse, desde el inicio de la sobrecorriente hasta el momento justo antes de que se forme el arco eléctrico.
• Este valor es una propiedad inherente del diseño del fusible (material, geometría del filamento).
• Es crucial para coordinar la protección con otros componentes sensibles, como semiconductores, que tienen su propio límite de I2t que pueden soportar sin dañarse. El I2t de prefusión del fusible debe ser menor que el I2t que el componente puede soportar.

 

2. I2t de Arco (Arcing I2t):
• Es la energía térmica liberada durante el proceso de extinción del arco eléctrico, desde el momento en que el elemento se funde hasta que la corriente se interrumpe completamente.
• Este valor es importante para la capacidad de interrupción del fusible.

 

3. I2t Total de Interrupción (Total Clearing I2t):
• Es la suma de la I2t de prefusión y la I2t de arco (I2tTotal​=I2tPrefusioˊn​+I2tArco​).
• Representa la energía térmica total que el circuito dejará pasar mientras el fusible interrumpe una falla.

Importancia de la I2t

• Protección de Componentes Sensibles: Es fundamental para proteger dispositivos que tienen una baja tolerancia a la energía térmica, como los semiconductores (diodos, tiristores, IGBTs). Si la I2t que deja pasar el fusible es mayor que la I2t máxima que el semiconductor puede soportar, este último se dañará incluso si el fusible se funde.
• Coordinación de Protección: Permite coordinar la operación de diferentes dispositivos de protección en un sistema. Al comparar las I2t de diferentes fusibles o disyuntores, se puede asegurar que solo el dispositivo más cercano a la falla actúe, minimizando la interrupción del servicio.
• Diseño de Circuitos: Los ingenieros usan los valores de I2t proporcionados por los fabricantes de fusibles para dimensionar correctamente los conductores y otros componentes del circuito, asegurando que puedan soportar la energía de falla que el fusible permitirá pasar antes de interrumpir la corriente.
• Caracterización de la Velocidad de Fusión: Un fusible con un valor de I2t de prefusión bajo es un fusible de acción rápida, mientras que uno con un I2t más alto será más retardado.

 

La I2t es una medida crucial de la energía térmica que un fusible puede manejar antes de operar, o que deja pasar durante una falla. Es un concepto indispensable para la selección precisa de fusibles, especialmente en la protección de equipos electrónicos sensibles y en la coordinación de sistemas eléctricos complejos.

Temperatura Ambiente

La temperatura ambiente juega un papel fundamental y directo en el rendimiento y la vida útil de los fusibles. Esto se debe a que el principio de funcionamiento de un fusible se basa en el efecto Joule (generación de calor por el paso de la corriente) y la fusión de un elemento metálico a una temperatura específica

Cómo Afecta la Temperatura Ambiente a los Fusibles:

1. Reducción de la Capacidad de Corriente (Derating) en Altas Temperaturas

 

• Principio: Los fusibles se prueban y su corriente nominal se especifica generalmente a una temperatura ambiente de 25∘C (o a veces 23∘C o 20∘C) en condiciones de aire libre. Si el fusible opera en un ambiente donde la temperatura es superior a esta referencia, el elemento fusible ya estará más caliente antes de que pase cualquier corriente de carga.
• Efecto: Este calor adicional reduce la cantidad de corriente que el fusible puede conducir de forma segura antes de alcanzar su punto de fusión. En otras palabras, un fusible de 10 A nominales podría fundirse a 8 A o menos si la temperatura ambiente es, por ejemplo, de 60∘C. Esto se conoce como desclasificación por temperatura (temperature derating).
• Implicación: Si no se considera el derating, se corre el riesgo de que el fusible se funda prematuramente (disparos intempestivos o "nuisance blowing") bajo corrientes normales de operación, causando interrupciones innecesarias.
• Solución: Los fabricantes proporcionan curvas de desclasificación por temperatura o tablas de corrección que indican el porcentaje de la corriente nominal que el fusible puede conducir de forma segura a diferentes temperaturas ambiente. Al seleccionar un fusible, se debe elegir uno con una corriente nominal suficientemente alta, aplicando el factor de derating, para la máxima temperatura ambiente esperada.

 

2. Influencia en la Curva Tiempo-Corrient 

La temperatura ambiente no solo afecta la corriente nominal continua, sino también la velocidad de respuesta del fusible.

 

• Altas Temperaturas: En ambientes cálidos, el fusible se fundirá más rápidamente ante una sobrecorriente dada, ya que se necesita menos calor adicional para alcanzar el punto de fusión del elemento. Esto puede hacer que un fusible retardado se comporte más como uno de acción rápida en ciertas condiciones de falla.
• Bajas Temperaturas: En ambientes fríos (por debajo de 25∘C), el fusible puede requerir más corriente o más tiempo para fundirse, ya que el calor debe superar una mayor diferencia de temperatura inicial. Esto podría retrasar la operación del fusible, aumentando el riesgo de daño a los equipos protegidos antes de que el fusible actúe.

 

3. Impacto en la Vida Útil del Fusible 

La exposición prolongada a altas temperaturas ambiente puede acelerar el envejecimiento térmico del elemento fusible y de los materiales de aislamiento dentro del fusible.

 

• Efecto: Este envejecimiento puede causar cambios en la resistencia del elemento fusible, fatiga del material y degradación del aislamiento, lo que potencialmente reduce la fiabilidad del fusible y su vida útil, pudiendo llevar a fallas prematuras o inesperadas.

 

4. Consideración del "Microambiente" del Fusible 

Es importante recordar que la "temperatura ambiente" no es solo la temperatura general de la sala, sino la temperatura específica en el compartimento o envolvente donde está instalado el fusible.

• Factores: Otros componentes dentro del mismo gabinete pueden generar calor, elevando la temperatura local alrededor del fusible muy por encima de la temperatura ambiente general del aire, lo que exacerba el efecto de desclasificación. 

Cómo se Maneja en la Práctica:

Para una selección correcta, los ingenieros y técnicos siempre deben:

• Identificar la Temperatura Máxima de Operación: Conocer la temperatura ambiente más alta a la que estará expuesto el fusible.
• Consultar las Curvas de Desclasificación: Utilizar los gráficos o tablas proporcionados por el fabricante del fusible para determinar el factor de desclasificación para esa temperatura.
• Ajustar la Corriente Nominal: Seleccionar un fusible con una corriente nominal "aparente" más alta para compensar la reducción de capacidad debido a la temperatura. Por ejemplo, si la carga es de 10 A y el factor de desclasificación a la temperatura de operación es 0.8 (80%), se necesitaría un fusible de al menos 10 A/0.8=12.5 A nominales (redondeando al valor estándar disponible más cercano, por ejemplo, 15 A).

 

 

En conclusión, la temperatura ambiente es un factor crítico que modifica las características nominales de un fusible. Ignorar su efecto puede llevar a problemas de funcionamiento, fallas inesperadas o una protección inadecuada del circuito.

Tipo de Material del Elemento Fusible

El elemento fusible es el "corazón" de cada fusible eléctrico y es el encargado de interrumpir el circuito cuando la corriente excede un límite de seguridad. Los materiales más comunes utilizados en el elemento fusible son el plomo, estaño, cobre, zinc, plata y aleaciones de plomo y estaño.

Las características deseables que buscan los materiales para el elemento fusible son:

 

• Bajo punto de fusión: Es crucial que el material se derrita rápidamente cuando la corriente supera el valor nominal para proteger el circuito y los dispositivos.
• Alta conductividad eléctrica: Para minimizar las pérdidas de energía y el calentamiento excesivo en condiciones de operación normales.
• Resistencia a la oxidación: Para evitar que el material se deteriore con el tiempo y pierda sus propiedades, lo que podría llevar a un funcionamiento defectuoso o fusiones prematuras.
• Bajo costo: Aunque no es la característica más importante, influye en la viabilidad económica del fusible.
• Baja resistividad (o alta conductividad): Permite que el elemento fusible sea de un tamaño más pequeño para una misma capacidad de corriente, lo que a su vez ayuda a generar menos vapor de metal al fundirse y permite una operación más rápida.

Materiales Comunes y sus Características Específicas:

Aleación de Plomo y Estaño (plomo 37%, estaño 63%)

• Características: Tiene un bajo punto de fusión y una alta resistividad.
• Uso: Se utiliza comúnmente en fusibles para pequeñas corrientes (hasta aproximadamente 10-15 A).
• Desventajas: Para corrientes más grandes, el diámetro del alambre sería excesivo y la cantidad de metal vaporizado al fundirse sería muy grande, lo que dificultaría la interrupción segura del circuito. También es propenso a la oxidación.

Cobre

• Características: Tiene una alta conductividad y un punto de fusión más alto que el plomo y el estaño. Es de bajo costo.
• Uso: Se emplea para fusibles de corrientes más grandes. A menudo se estaña para protegerlo de la oxidación.
• Desventajas: Su punto de fusión relativamente alto puede hacer que opere a una temperatura más elevada, y si se desea un factor de fusión bajo (que se funda rápidamente), puede haber una tendencia a que el alambre se sobrecaliente, reduciendo su área transversal y provocando fusiones prematuras.

Plata

• Características: Es el material con mejor conductividad eléctrica y es altamente resistente a la oxidación. Su coeficiente de expansión es muy pequeño, lo que minimiza la fatiga.
• Uso: A pesar de su alto costo, la plata es cada vez más utilizada en fusibles modernos, especialmente en los de alto poder de ruptura (HRC), debido a su fiabilidad y rapidez de operación. Al tener una alta conductividad, la masa de metal fundido es mínima, lo que facilita la extinción del arco.
• Ventajas: No se oxida fácilmente, su conductividad no se deteriora con la oxidación y permite una velocidad de operación rápida.

Zinc

• Características: Puede utilizarse en forma de tira.
• Uso: Es bueno para fusibles que requieren un cierto retardo (time-lag), lo que significa que no se funde muy rápidamente con una pequeña sobrecarga.

 Consideraciones Adicionales

Es importante destacar que ningún material posee todas las características ideales. Por ello, se realiza un compromiso al seleccionar el material del elemento fusible en función de la aplicación específica y los requisitos de protección. La forma y las dimensiones del elemento fusible también son cruciales, ya que influyen directamente en las características de fusión y el tiempo de respuesta del fusible.

Esquema de Sobrecarga y Tensión Nominal en Fusibles

Este esquema detalla dos de las variables más importantes a considerar al seleccionar un fusible: la Corriente Nominal (relacionada con las sobrecorrientes) y la Tensión Nominal.

Característica	Corriente Nominal (IN​) / Protección contra Sobrecarga	Tensión Nominal (UN​) / Capacidad de Voltaje
Definición	Máxima corriente que el fusible puede conducir de forma continua y segura sin fundirse.	Máxima tensión a la que el fusible puede operar e interrumpir un circuito de forma segura, sin arco sostenido.
Unidad de Medida	Amperios (A)	Voltios (V)
Propósito Principal	Protege el circuito y los equipos de sobrecargas (corrientes ligeramente superiores a lo normal, pero prolongadas) y cortocircuitos (corrientes extremadamente altas).	Asegura que el fusible pueda extinguir el arco eléctrico que se forma al fundirse, sin que la tensión del circuito lo mantenga.
Consecuencia si es INADECUADA	Muy Baja: Disparos intempestivos, interrupciones innecesarias.	Inferior a la del circuito: El fusible no podrá suprimir el arco eléctrico al fundirse, manteniendo el cortocircuito, causando daños y riesgo de incendio/descarga.
	Muy Alta: No protege eficazmente ante sobrecargas, permitiendo daños en el cableado o equipo antes de que el fusible actúe.
Criterio de Selección	Debe ser igual o ligeramente superior a la corriente normal de operación de la carga protegida. Considerar factores de derating (por temperatura, etc.).	Debe ser igual o superior a la tensión de operación del circuito en el que se instala.
Relación con Curva Tiempo-Corriente	Es el valor de referencia para el eje de corriente de la curva. A partir de ella se define el tiempo de fusión para diferentes múltiplos de sobrecorriente.	La curva se aplica para la tensión nominal especificada del fusible.
Ejemplo Práctico	Un motor consume 5 A nominales. Un fusible de 6.3 A o 8 A (dependiendo del tipo de fusible y picos de arranque) podría ser adecuado.	Un circuito funciona a 220 V AC. El fusible debe ser de 220 V AC, 250 V AC o una tensión nominal superior, nunca inferior.

---

Consideraciones Adicionales:

• Sobrecarga vs. Cortocircuito: La sobrecarga es una corriente que excede la nominal, pero por un factor bajo (e.g., 1.5x a 6x la corriente nominal). Un cortocircuito es una falla de muy baja impedancia que genera corrientes extremadamente altas (cientos o miles de veces la nominal). Los fusibles protegen contra ambos, pero sus curvas tiempo-corriente y capacidades de interrupción están diseñadas para manejar estas diferencias.
• Capacidad de Interrupción: Aunque la tensión nominal permite la interrupción del arco, la Capacidad de Interrupción (kA) es el valor que especifica la magnitud máxima de corriente de cortocircuito que el fusible puede cortar de forma segura a esa tensión nominal.

 Esquema: Capacidad de Interrupción y Curva Tiempo-Corriente en Fusibles

Este esquema compara y contrasta dos propiedades fundamentales de los fusibles, que son esenciales para su correcta selección y la seguridad de los sistemas eléctricos.

Característica	Capacidad de Interrupción o Ruptura (Breaking Capacity / Interrupting Rating - Icn​)	Curva Tiempo-Corriente (Time-Current Curve)
Definición	Máxima corriente de cortocircuito que el fusible puede interrumpir de forma segura a su tensión nominal, sin sufrir daños catastróficos.	Representación gráfica de la relación entre la magnitud de la corriente de falla y el tiempo que tarda el fusible en fundirse y abrir el circuito.
Unidad de Medida	Kiloamperios (kA)	Eje Y: Tiempo (segundos, milisegundos, horas); Eje X: Corriente (amperios, múltiplos de IN​).
Propósito Principal	Garantiza que el fusible pueda manejar y extinguir de forma segura fallas de muy alta energía (cortocircuitos) sin explotar o propagar el daño.	Define la velocidad de respuesta del fusible ante diferentes niveles de sobrecorriente, permitiendo la protección coordinada.
Consecuencia si es INADECUADA	Insuficiente: El fusible podría explotar violentamente durante un cortocircuito severo, causando daños al equipo, riesgo de incendio y lesiones.	Demasiado Rápida: Disparos intempestivos por corrientes de arranque o picos normales, interrupciones innecesarias.
		Demasiado Lenta: No protege adecuadamente los componentes sensibles o el cableado, permitiendo daños antes de que el fusible actúe.
Criterio de Selección	Debe ser igual o superior a la corriente de cortocircuito máxima calculada en el punto de instalación del fusible.	Se selecciona según el tipo de carga a proteger: acción rápida para electrónica sensible, retardada para motores y cargas con picos de arranque.
Relación con la Falla	Se refiere al pico de corriente que el fusible puede cortar. Es una medida de su robustez ante fallas extremas.	Muestra el tiempo que el fusible tardará en actuar para una corriente de falla dada. Define el comportamiento dinámico.
Ejemplo Práctico	Si la corriente de cortocircuito máxima posible en un tablero es de 50 kA, el fusible instalado debe tener una capacidad de interrupción de al menos 50 kA.	Un motor requiere un fusible cuya curva le permita pasar su corriente de arranque (6xIN​ por 2 segundos) pero que se funda rápidamente si la corriente es de 10xIN​ por más de 0.1 segundos.
Representación	Un valor numérico específico (ej. 10 kA, 200 kA).	Un gráfico con curvas que descienden de izquierda a derecha.

VER: Stock 4.0