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

As fusibles limitadores de corrente de media tensión son principalmente usados para protexer cargas como transformadores e motores. Un fusible é un dispositivo que, cando a corrente supera un valor dado durante un tempo suficientemente longo, interrompe o circuito no que está insertado ao fundir un ou máis componentes especialmente deseñados e proporcionados. Os fusibles limitadores de corrente poden ter dificultades para limpar valores de corrente intermedios (sobrecargas entre 6 e 10 veces a corrente nominal), polo que xeralmente se usan en combinación con dispositivos de conmutación.

Os fusibles limitadores de corrente de media tensión funcionan insertando un condutor metálico (o elemento fusible) en serie co circuito. Cando unha sobrecorrente ou unha corrente de cortocircuito pasa polo elemento, o calentamento resultante fai que este se funda cando a corrente supera o seu valor nominal, abrindo así o circuito. En consecuencia, os fusibles teñen unha resistencia relativamente alta, o que leva a unha xeración significativa de calor baixo a corrente nominal. Por exemplo, un fusible de 125A xera uns 93W de calor, un fusible de 160A xera 217W, e un fusible de 200A produce 333W. No mercado, están dispoñibles fusibles de 12kV con correntes nominais ata 355A, resultando nunha dissipación de potencia aínda maior.

Nas aplicacións prácticas de equipamentos de manobra, a corrente nominal do fusible debe ser aproximadamente 1.25 veces a corrente de operación a longo prazo da carga. Cando os fusibles están instalados dentro dun armario trifásico pechado ou aloxados individualmente en tubos encapsulados en resina aislante, o espazo confinado do compartimento do fusible non pode disipar o calor eficazmente. A xeración de calor superior a 100W pode facer que a subida de temperatura supere os límites aceptables, sendo necesario reducir a capacidade do fusible.

Ademais, debido ás restricións de tamaño nas unidades de anel principal (RMUs), o diámetro do compartimento do fusible nas RMUs compactas aisladas a gas é xeralmente arredor de 90 mm, permitindo a instalación de fusibles ata 160A (comúnmente usados ata 125A). Isto limita a protección a transformadores ata aproximadamente 1250 kVA. Transformadores maiores de 1250 kVA requiren protección mediante interruptores automáticos. De forma semellante, para os circuitos F-C (fusible-contactador) usados para protexer motores, a solución xeralmente está limitada a motores ata 1250 kW. Motores maiores requiren control e protección baseados en interruptores automáticos.

Nas aplicacións de control de motores, a combinación F-C emprega un fusible limitador de corrente de alta tensión como dispositivo de protección de reserva. Neste circuito F-C, cando a corrente de fallo é igual ou menor á capacidade de ruptura do contactador de vacío, o relé de protección integrado debe actuar, facendo que o contactador interrompa a corrente. O fusible só funciona cando a corrente de fallo supera a configuración do relé ou se o contactador de vacío falla na súa operación.

A protección contra cortocircuitos é proporcionada polo fusible. O fusible xeralmente está seleccionado con unha corrente nominal superior á corrente total do motor para resistir as correntes de arranque, pero non pode proporcionar simultaneamente protección contra sobrecargas. Polo tanto, son necesarios relés de tempo inverso ou definido para protexer contra sobrecargas. Componentes como contactadores, transformadores de corrente, cables, o propio motor e outro equipo de circuito poden ser danados por sobrecargas prolongadas ou por enerxía letal que supere a súa capacidade de resistencia.

A protección dos motores contra sobrecorrentes causadas por sobrecargas, monofase, bloqueo do rotor ou arranques repetidos é proporcionada por relés de tempo inverso ou definido, que actúan sobre o contactador. Para fallos entre fases ou entre fase e terra con correntes inferiores á capacidade de ruptura do contactador, a protección é proporcionada polo relé. Para correntes de fallo que superan a capacidade de ruptura do contactador ata o nivel máximo de resistencia, a protección é proporcionada polo fusible.

O equipamento de manobra de combinación de fusibles é principalmente usado para a protección de transformadores. As aplicacións típicas inclúen circuitos alimentadores de transformadores en unidades de anel principal (RMUs), onde un interruptor de carga SF6 está combinado con fusibles para lograr un deseño compacto e sen mantemento. Outra configuración é a solución de carretilla extraíble, na que unha unidade de combinación de fusible-interruptor de carga está integrada nun equipo de manobra de media tensión (por exemplo, switchgear metálica), permitindo a retirada conveniente para mantemento e substitución de fusibles.

Cando se usan electrodomésticos de combinación para a protección de transformadores, estabelecese un esquema de protección de dúas etapas incorporando a protección por relé. Para condicións de sobrecarga ou sobrecorrente moderada, o relé envía un comando de desligue ao interruptor de carga para limpar o fallo. Para fallos de cortocircuito graves, o fusible actúa e activa o interruptor para que se desligue, interrompendo así o circuito.

Cando ocorre un fallo interno como un cortocircuito nun transformador, o arco resultante descompón o óleo aislante en gas. A medida que o fallo continua, a presión interna aumenta rapidamente, podendo levar ao rachamento ou explosión do tanque. Para evitar o fallo do tanque, o fallo debe ser limpo dentro de 20 milisegundos (ms). No entanto, o tempo total de ruptura dun interruptor automático, composto polo tempo de operación do relé, o tempo intrínseco de desligue e o tempo de arco, xeralmente non é inferior a 60 ms, que é insuficiente para a protección efectiva do transformador. En contraste, os fusibles limitadores de corrente proporcionan unha interrupción de fallos extremadamente rápida, capaz de limpar fallos dentro de 10 ms, ofrecendo así unha protección altamente efectiva para o transformador.