12.4: Fusibles

¿Qué es un Fusible?

Un fusible no es más que un corto trozo de cable diseñado para fundirse y separarse en caso de corriente excesiva. Los fusibles siempre están conectados en serie con los componentes a proteger de la 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 pequeños fusibles automotrices, la funda es transparente para que el elemento fusible pueda ser inspeccionado visualmente. Cableado residencial utilizado para emplear comúnmente fusibles atornillados con cuerpos de vidrio y una tira delgada y estrecha de lámina metálica 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 funda distintos del vidrio. Debido a que los fusibles están diseñados para “fallar” cuando se excede su clasificación de corriente, generalmente están diseñados para ser reemplazados fácilmente en un circuito. Esto significa que se insertarán en algún tipo de soporte en lugar de estar directamente soldadas o atornilladas 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 se sujetan mediante clips metálicos de resorte, los propios clips están permanentemente conectados a los conductores del circuito. El material base del portafusibles (o bloque de fusibles como a veces se les llama) se elige para que sea 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 la protección contra sobrecorriente en circuitos de alta corriente hoy en día es el disyuntor.

¿Qué es un Disyuntor?

Los disyuntores son interruptores especialmente diseñados que se abren automáticamente para detener la corriente en caso de una condición de sobrecorriente. Los pequeños disyuntores, como los utilizados en servicios residenciales, comerciales e industriales ligeros, son operados térmicamente. Contienen una tira bimetálica (una tira delgada de dos metales unidos espalda con espalda) que lleva corriente de circuito, que se dobla cuando se calienta. Cuando la tira bimetálica genera suficiente fuerza (debido al calentamiento por sobrecorriente de la tira), se acciona el mecanismo de disparo y el disyuntor se abrirá. Los disyuntores más grandes son accionados automáticamente por la intensidad del campo magnético producido por los conductores portadores de corriente dentro del disyuntor, 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 disyuntores no fallan cuando se someten a condiciones de sobrecorriente, sino que simplemente se abren y se pueden volver a cerrar moviendo una palanca, es más probable que se encuentren conectados a un circuito de una manera más permanente que los fusibles. Aquí se muestra una fotografía de un pequeño disyuntor:

Desde las apariencias externas, no parece más que un interruptor. En efecto, podría utilizarse 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 soporte debidamente calificados. Un enlace fusible es un fusible primitivo, no siendo más que una pieza corta de alambre aislado de caucho diseñado para fundirse en caso de sobrecorriente, sin revestimiento duro de ningún tipo. Dichos dispositivos crudos y potencialmente peligrosos nunca se utilizan 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 bajo condiciones de corriente excesiva por medio de la propia resistencia eléctrica del fusible, están diseñados para aportar una cantidad insignificante de resistencia extra a los circuitos que protegen. Esto se logra en gran medida haciendo que el cable fusible sea lo más corto posible en la práctica. Así como la ampacidad de un cable normal no está relacionada con su longitud (el cable de cobre sólido calibre 10 manejará 40 amperios de corriente en el aire libre, independientemente de lo largo o corto de una pieza que sea), un cable fusible de cierto material y calibre soplará a cierta corriente sin importar cuánto tiempo sea. Dado que la longitud no es un factor en la clasificación de corriente, cuanto más corta se pueda hacer, menor será la resistencia que 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 voltaje de suministro completo entre los extremos. Si el fusible no se hace lo suficientemente largo en un circuito de alto voltaje, es posible que una chispa pueda saltar de uno de los extremos del cable fundido al otro, completando nuevamente el circuito:

En consecuencia, los fusibles se clasifican en términos de su capacidad de voltaje así como el nivel de corriente al que soplarán.

Algunos fusibles industriales grandes tienen elementos de alambre reemplazables, para reducir el gasto. El cuerpo del fusible es un cartucho opaco y 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 soplar repentinamente o retrasarse antes de soplar, dependiendo de otros aspectos de su diseño. Algunos fusibles están destinados a soplar muy rápido, mientras que otros están diseñados para tiempos de “apertura” más modestos, o incluso para una acción retardada dependiendo de la aplicación. Estos últimos fusibles a veces se denominan fusibles de soplado lento debido a sus características intencionales de retardo de tiempo.

Un ejemplo clásico de una aplicación de fusible de soplado lento es en la protección del motor eléctrico, donde las corrientes de irrupción de hasta diez veces la corriente de funcionamiento normal se experimentan comúnmente cada vez que el motor se inicia desde un punto muerto. Si se usaran fusibles de soplado rápido en una aplicación como esta, ¡el motor nunca podría arrancar porque los niveles normales de corriente de irrupción fundirían los fusibles inmediatamente! El diseño de un fusible de soplado lento es tal que el elemento fusible tiene más masa (pero no más ampacidad) que un fusible equivalente de soplado rápido, lo que significa que se calentará más lento (pero a la misma temperatura final) para cualquier cantidad dada de corriente.

En el otro extremo del espectro de acción de fusibles, existen los llamados 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.

Los fusibles siempre se supone que deben colocarse en el lado “caliente” de la carga en sistemas que están conectados a tierra. La intención de esto es que la carga esté completamente desenergizada en todos los aspectos después de que se abra el fusible. Para ver la diferencia entre fusionar el lado “caliente” versus el lado “neutro” 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 de pie. El primer diseño de 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 similares a interruptores llamados disyuntores suelen ser utilizados (y más comúnmente) para abrir circuitos con corriente excesiva, su popularidad debido a que no se destruyen en el proceso de romper el circuito como lo hacen los fusibles. Sin embargo, en cualquier caso, 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.

Si bien la colocación de la protección contra sobrecorriente en un circuito puede determinar el peligro de choque relativo de ese circuito bajo diversas condiciones, debe entenderse que tales dispositivos nunca fueron diseñados para proteger contra descargas eléctricas. Ni los fusibles ni los disyuntores fueron diseñados 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 contra daños por sobretemperatura (y los riesgos de incendio asociados con conductores demasiado calientes) y protegen secundariamente piezas específicas de equipos como cargas y generadores (algunos fusibles de acción rápida están diseñados para proteger dispositivos electrónicos particularmente susceptibles a sobretensiones de corriente). 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 que se produzca una descarga. Existen 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 propósito y no están involucrados con la protección de los conductores contra el sobrecalentamiento.

Revisar

• Un fusible es un conductor pequeño y delgado diseñado para fundirse y separarse en dos piezas con el propósito de romper un circuito en caso de 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. Pueden ser “disparadas” (abiertas) térmicamente, por campos magnéticos, o por dispositivos externos llamados “relés de protección”, dependiendo del 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 se pueden diseñar para soplar rápido, lento o en cualquier lugar intermedio para obtener el mismo nivel máximo de corriente.
• El mejor lugar para instalar un fusible en un sistema de alimentación conectado a tierra es en la ruta del conductor sin conexión a tierra a la carga. De esa manera, cuando se funde el fusible solo habrá el conductor conectado a tierra (seguro) todavía conectado a la carga, lo que hace que sea más seguro para la gente estar cerca.