Fusible de Media Tensión | Protección Rápida de 10ms para Transformadores

Los fusibles limitadores de corriente de media tensión se utilizan principalmente para proteger cargas como transformadores y motores. Un fusible es un dispositivo que, cuando la corriente excede un valor dado durante un tiempo suficientemente largo, interrumpe el circuito en el que está insertado al fundir uno o más componentes especialmente diseñados y proporcionados. Los fusibles limitadores de corriente pueden tener dificultades para eliminar valores intermedios de corriente (sobrecargas entre 6 y 10 veces la corriente nominal), por lo que generalmente se utilizan en combinación con dispositivos de conmutación.

Los fusibles limitadores de corriente de media tensión funcionan insertando un conductor metálico (el elemento del fusible) en serie con el circuito. Cuando una corriente de sobrecarga o cortocircuito pasa por el elemento, el calentamiento autogenerado causa su fusión una vez que la corriente excede su valor nominal, abriendo así el circuito. En consecuencia, los fusibles tienen una resistencia relativamente alta, lo que lleva a una generación significativa de calor bajo corriente nominal. Por ejemplo, un fusible de 125A genera aproximadamente 93W de calor, un fusible de 160A genera 217W y un fusible de 200A produce 333W. En el mercado, los fusibles de 12kV están disponibles con corrientes nominales de hasta 355A, resultando en una disipación de potencia aún mayor.

En aplicaciones prácticas de equipos de conmutación, la corriente nominal del fusible debe ser aproximadamente 1.25 veces la corriente de operación a largo plazo de la carga. Cuando los fusibles se instalan dentro de un armario trifásico cerrado o individualmente alojados en tubos encapsulados con resina aislante, el espacio confinado del compartimento del fusible no puede disipar el calor eficazmente. La generación de calor superior a 100W puede causar un aumento de temperatura que supere los límites aceptables, lo que requiere una reducción de la capacidad del fusible.

Además, debido a las restricciones de tamaño en las unidades de anillo principal (RMUs), el diámetro del compartimento del fusible en RMUs compactos de aislamiento a gas es típicamente de alrededor de 90 mm, permitiendo la instalación de fusibles de hasta 160A (comúnmente usados hasta 125A). Esto limita la protección a transformadores de hasta aproximadamente 1250 kVA. Los transformadores mayores de 1250 kVA requieren protección mediante interruptores automáticos. De manera similar, para los circuitos F-C (fusible-contactador) utilizados para proteger motores, la solución generalmente se limita a motores de hasta 1250 kW. Los motores más grandes requieren control y protección basados en interruptores automáticos.

En aplicaciones de control de motores, la combinación F-C emplea un fusible limitador de corriente de alta tensión como dispositivo de protección de respaldo. En un circuito F-C, cuando la corriente de fallo es igual o menor que la capacidad de corte del contactor de vacío, el relé de protección integrado debe operar, causando que el contactor interrumpa la corriente. El fusible opera solo cuando la corriente de fallo excede la configuración del relé o si el contactor de vacío no opera.

La protección contra cortocircuitos se proporciona mediante el fusible. El fusible se selecciona típicamente con una corriente nominal mayor que la corriente de plena carga del motor para soportar las corrientes de arranque, pero no puede proporcionar simultáneamente protección contra sobrecargas. Por lo tanto, se requieren relés de tiempo inverso o definido para proteger contra sobrecargas. Componentes como contactores, transformadores de corriente, cables, el propio motor y otro equipo de circuito pueden dañarse por sobrecargas prolongadas o por energía de paso que exceda su capacidad de resistencia.

La protección del motor contra corrientes excesivas causadas por sobrecargas, monofase, bloqueo del rotor o arranques repetidos se proporciona mediante relés de tiempo inverso o definido, que operan el contactor. Para fallos fase a fase o fase a tierra con corrientes inferiores a la capacidad de corte del contactor, la protección se proporciona mediante el relé. Para corrientes de fallo que exceden la capacidad de corte del contactor hasta el nivel máximo de resistencia, la protección se proporciona mediante el fusible.

El equipo de conmutación de combinación de fusibles se utiliza principalmente para la protección de transformadores. Aplicaciones típicas incluyen circuitos alimentadores de transformadores en unidades de anillo principal (RMUs), donde un interruptor de carga SF6 se combina con fusibles para lograr un diseño compacto y sin mantenimiento. Otra configuración es la solución de carrito extraíble, en la cual una unidad de combinación de fusible-interruptor de carga se integra en un equipo de conmutación de media tensión (por ejemplo, equipo de conmutación con carcasa metálica), permitiendo una extracción conveniente para el mantenimiento y reemplazo de fusibles.

Cuando se utilizan aparatos de combinación para la protección de transformadores, se establece un esquema de protección en dos etapas incorporando protección por relé. Para condiciones de sobrecarga o corriente excesiva moderada, el relé envía un comando de desconexión al interruptor de carga para eliminar el fallo. Para fallos graves de cortocircuito, el fusible opera y activa el interruptor para desconectar el circuito.

Cuando ocurre un fallo interno, como un cortocircuito, en un transformador, el arco resultante descompone el aceite aislante en gas. A medida que el fallo continúa, la presión interna aumenta rápidamente, lo que potencialmente puede llevar a la ruptura o explosión del tanque. Para prevenir la falla del tanque, el fallo debe eliminarse dentro de 20 milisegundos (ms). Sin embargo, el tiempo total de interrupción de un interruptor automático, compuesto por el tiempo de operación del relé, el tiempo de disparo inherente y el tiempo de arco, es generalmente no menos de 60 ms, lo que es insuficiente para una protección efectiva del transformador. En contraste, los fusibles limitadores de corriente proporcionan una interrupción de fallos extremadamente rápida, capaces de eliminar fallos dentro de 10 ms, ofreciendo así una protección altamente efectiva para el transformador.