Fusible de mitja tensió | Protecció ràpida de 10 ms per a transformadors

Els fusibles limitadors de corrent en mitjana tensió es fan servir principalment per protegir càrregues com transformadors i motors. Un fusible és un dispositiu que, quan la corrent excedeix un valor determinat durant un temps suficient, interromp el circuit en el qual està inserit fent fondre un o més components especialment dissenyats i proporcionats. Els fusibles limitadors de corrent poden tenir dificultats per eliminar valors de corrent intermediaris (sobrecàrregues entre 6 i 10 vegades la corrent nominal), així que sovint s'utilitzen en combinació amb dispositius de commutació.

Els fusibles limitadors de corrent en mitjana tensió funcionen inserint un conductor metàl·lic (l'element del fusible) en sèrie amb el circuit. Quan una sobrecàrrega o una corrent de curtcircuït passa a través de l'element, el calentament autòcton resultant provoca que es fonça quan la corrent excedeix el seu valor nominal, així obrint el circuit. En conseqüència, els fusibles tenen una resistència relativament elevada, cosa que porta a una generació significativa de calor sota la corrent nominal. Per exemple, un fusible de 125A genera uns 93W de calor, un fusible de 160A genera 217W, i un fusible de 200A produeix 333W. Al mercat, hi ha fusibles de 12kV amb corrents nominals fins a 355A, resultant en una dissipació de potència encara més elevada.

En les aplicacions pràctiques de quadres de distribució, la corrent nominal del fusible hauria de ser aproximadament 1,25 vegades la corrent d'operació a llarg termini de la càrrega. Quan els fusibles s'instal·len dins d'un armari tancat trifàsic o individualment dins de tubs encapsulats amb resina aïlladora, l'espai confinat del compartiment del fusible no pot dissipar la calor eficientment. La generació de calor superior als 100W pot fer que l'augment de temperatura superi els límits acceptables, necessitant reduir la capacitat del fusible.

Més endavant, degut a les restriccions de mida en els quadres de distribució en anell (RMUs), el diàmetre del compartiment del fusible en RMUs compactes aïllats amb gas sol és típicament al voltant de 90 mm, permetent l'instal·lació de fusibles fins a 160A (sovint utilitzats fins a 125A). Això limita la protecció a transformadors d'aproximadament 1250 kVA. Transformadors superiors a 1250 kVA requereixen protecció mitjançant interruptors. De manera similar, per als circuits F-C (fusible-contactador) utilitzats per protegir motors, la solució generalment està limitada a motors fins a 1250 kW. Motors més grans requereixen control i protecció basats en interruptors.

En les aplicacions de control de motors, la combinació F-C fa servir un fusible limitador de corrent en alta tensió com a dispositiu de protecció de suport. En un circuit F-C, quan la corrent de defecte és igual o inferior a la capacitat de ruptura del contactador de buit, el relé de protecció integrat hauria de funcionar, fent que el contactador interrompi la corrent. El fusible només funciona quan la corrent de defecte excedeix la configuració del relé o si el contactador de buit no funciona.

La protecció contra curts circuits la proporciona el fusible. El fusible normalment es selecciona amb una corrent nominal més elevada que la corrent total del motor per suportar les corrents d'entrada durant l'arranc, però no pot proporcionar simultàniament protecció contra sobrecàrregues. Per tant, són necessaris relés inversos de temps o de temps definit per protegir contra sobrecàrregues. Components com contactadors, transformadors de corrent, cables, el propi motor i altres equips de circuit podrien deteriorar-se per sobrecàrregues prolongades o per energia let-through que superi la seva capacitat de suport.

La protecció del motor contra corrents excessives causades per sobrecàrregues, monofàsica, bloqueig del rotor o arrancaments repetits es proporciona mitjançant relés inversos de temps o de temps definit, que operen el contactador. Per a deficiències fase a fase o fase a terra amb corrents inferiors a la capacitat de ruptura del contactador, la protecció la proporciona el relé. Per a corrents de defecte que superen la capacitat de ruptura del contactador fins al nivell màxim de suport, la protecció la proporciona el fusible.

El quadre de commutació de combinació de fusibles es fa servir principalment per a la protecció dels transformadors. Les aplicacions típiques inclouen els circuits alimentadors de transformadors en quadres de distribució en anell (RMUs), on un interruptor de càrrega SF6 es combina amb fusibles per aconseguir un disseny compacte i sense manteniment. Una altra configuració és la solució de carret, en la qual una unitat de combinació de fusible-interruptor de càrrega es integra en un quadre de mitjana tensió (per exemple, un quadre metallitzat), permetent la retirada còmoda per a la manteniment i la substitució del fusible.

Quan s'utilitzen electrodomèstics de combinació per a la protecció dels transformadors, es estableix un esquema de protecció en dos etapes incorporant la protecció del relé. Per a condicions de sobrecàrrega o corrents moderades, el relé envia una ordre de desconnectar a l'interruptor de càrrega per eliminar el defecte. Per a deficiències de curt circuit severes, el fusible opera i activa l'interruptor per trencar, així interrompent el circuit.

Quan ocorre un defecte intern com un curt circuit en un transformador, l'arc resultant descompon l'oli aïllant en gas. Com el defecte continua, la pressió interna augmenta ràpidament, potencialment conduint a la ruptura o explosió del dipòsit. Per prevenir la fallida del dipòsit, el defecte ha de ser eliminat en menys de 20 mil·lisegons (ms). Tanmateix, el temps total de ruptura d'un interruptor, compost pel temps d'operació del relé, el temps inherent de desconnectar i el temps d'arc, és normalment no inferior a 60 ms, que és insuficient per a una protecció efectiva del transformador. En canvi, els fusibles limitadors de corrent proporcionen una interrupció extremadament ràpida del defecte, capaços d'eliminar defectes en menys de 10 ms, així oferint una protecció molt efectiva per al transformador.