El fusible de media tensión protege transformadores, PT, condensadores y ramales contra cortocircuitos. El limitador de corriente funde en arena y genera una tensión de arco que limita la cresta de la falla y el I²t; el de expulsión corta en el cero natural de la corriente. Elegirlo bien exige conocer su corriente mínima de corte y coordinarlo con la energización del transformador.
Qué es y dónde se ubica
El fusible de media tensión es un dispositivo de protección que abre el circuito cuando la corriente funde uno o varios elementos calibrados. Protege transformadores de distribución, transformadores de tensión (PT), bancos de condensadores, motores y ramales de red. Se ubica en las celdas, junto al interruptor-seccionador, en las salidas de transformador de una RMU, y en postes, como cortacircuito de un ramal o de un transformador aéreo.
Hay dos familias que funcionan de forma muy distinta: los limitadores de corriente (HRC, IEC 60282-1) y los de expulsión (IEC 60282-2).
Partes principales
Fusible limitador:
- Cuerpo cilíndrico aislante con casquillos de contacto.
- Uno o varios elementos fusibles, a veces en paralelo y con elementos en serie para las corrientes bajas.
- Relleno de arena de sílice, que absorbe la energía del arco.
- Percutor (striker) que sale al operar el fusible; algunos son de accionamiento térmico.
- Base portafusible o tubo en la celda.
Fusible de expulsión:
- Tubo portafusible con un recubrimiento interno que genera gases con el arco.
- Elemento fusible (tira o lámina) tensado.
- Base o cortacircuito con aislador; en muchos diseños el tubo queda colgando al operar y da una indicación visible.
Cómo funciona
Limitador de corriente. La corriente de falla calienta el elemento hasta fundirlo en varios puntos a la vez. Cada punto forma un arco, y la suma de esos arcos, constreñidos y enfriados por la arena, produce una tensión de arco mayor que la del sistema. Desde ese momento:
- La corriente deja de crecer antes de llegar a la cresta que tendría sin fusible (la corriente de cresta limitada o cut-off).
- La tensión de arco fuerza a la corriente hacia cero; el fusible inserta una resistencia que desplaza el cero de corriente.
- El arco se apaga cerca del cero de tensión y la tensión transitoria de restablecimiento es baja.
El resultado es que la energía que deja pasar el fusible (su I²t) es una fracción de la que dejaría pasar un interruptor. Eso reduce los esfuerzos térmicos y mecánicos en cables, barras y transformadores.
Expulsión. El arco descompone el material del tubo y los gases expulsan el arco y lo desionizan. El corte ocurre en un cero natural de la corriente: no limita la cresta y la tensión de restablecimiento puede ser alta.
| Aspecto | Limitador de corriente | Expulsión |
|---|---|---|
| Norma | IEC 60282-1 | IEC 60282-2 |
| Cómo apaga el arco | Varios arcos en serie, constreñidos y enfriados por la arena de sílice | Los gases del tubo expulsan el arco y lo desionizan |
| Cresta de la corriente | La limita: corta antes del pico (cut-off) | No la limita: corta en un cero natural |
| Tensión de restablecimiento | Baja | Puede ser alta |
| Indicación de operación | Percutor | En muchos diseños, el tubo queda colgando |
Variantes y diferencias con otros niveles
La guía IEEE C37.48.1 clasifica los fusibles limitadores en tres tipos:
- Respaldo (back-up): corta cualquier corriente entre su corriente mínima de corte asignada y su poder de corte máximo. Por debajo del mínimo puede fallar; se usa en serie con otro aparato que corte las corrientes bajas.
- Uso general: corta desde la corriente que lo funde en una hora o más hasta su poder de corte máximo.
- Rango completo (full-range): corta cualquier corriente que funda el elemento, siempre que se respete su temperatura máxima de aplicación.
IEC 60282-1 trata en particular los fusibles de respaldo usados en combinados interruptor-fusible según IEC 62271-105, con requisitos para su percutor. En baja tensión los fusibles siguen otra familia de normas (IEC 60269), y en alta y extra alta tensión el fusible no se usa como protección de potencia: allí operan interruptores con relés.
Valores asignados y placa
Un fusible limitador declara tensión asignada, corriente asignada, poder de corte máximo, corriente mínima de corte (en los de respaldo), curvas tiempo-corriente de fusión y de despeje, característica de corriente limitada, característica I²t y potencia disipada. Su tensión asignada debe coordinarse con la del sistema: un fusible de tensión menor no corta, y uno de tensión mucho mayor puede generar sobretensiones de arco excesivas.
Integración con protección y control
El fusible no tiene relé ni comunicaciones. El percutor de un fusible operado libera el mecanismo del interruptor-seccionador de media tensión, que abre los tres polos y evita dejar el transformador en dos fases. Ese mismo movimiento suele mover un contacto auxiliar, que llega al controlador o a la RTU como señal de fusible fundido.
Coordinación con el transformador. El calibre se elige para que el fusible:
- soporte el inrush de energización: la guía IEEE C37.48.1 propone, como criterio conservador, comparar la corriente de fusión a 0,01 s con 25 veces la corriente de plena carga;
- soporte la toma de carga en frío;
- quede por debajo de la curva de daño del transformador (IEEE C57.109) para fallas pasantes;
- coordine con los relés o fusibles aguas arriba y con los interruptores de baja tensión.
En los combinados, el fusible debe estar en la lista de referencia del fabricante del interruptor-seccionador. Para PT inductivos se elige el menor calibre que no opere con la corriente de energización del propio PT, como se explica en el artículo del transformador de tensión inductivo. El estudio completo se hace en la coordinación de protecciones.
Pruebas de puesta en servicio y mantenimiento
- Verificación de calibre y tipo contra el estudio de coordinación y la lista de referencia.
- Resistencia del fusible con micro-ohmímetro, comparada con el valor del fabricante.
- Inspección: cuerpo sin fisuras, casquillos limpios, percutor en reposo y orientado como indica el fabricante.
- Disparo por percutor: que actúe el mecanismo y abra las tres fases.
- Base y contactos: presión, oxidación y termografía en servicio.
Un fusible operado no se prueba ni se reutiliza: se reemplaza.
Fallas comunes y qué revisar primero
- Fusión al energizar: calibre pequeño frente al inrush.
- Fusible que operó sin despejar (cuerpo dañado, arco sostenido): un fusible de respaldo sometido a corriente por debajo de su mínimo.
- Una fase abierta sin disparo trifásico: percutor ausente, invertido o mecanismo sin energía almacenada.
- Calentamiento de la base: contacto flojo o fusible de corriente asignada insuficiente para la temperatura dentro de la celda.
- Fusiones repetidas en PT: ferrorresonancia o falla interna del PT.
Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group
En Tiza Group verificamos fusibles, celdas y su coordinación con transformadores en subestaciones e industria, de media hasta extra alta tensión. Escríbanos y le proponemos el alcance de las pruebas y la puesta en servicio.
Referencias
- IEC 60282-1, Fusibles de alta tensión: fusibles limitadores de corriente.
- IEC 60282-2, Fusibles de alta tensión: fusibles de expulsión.
- IEC 62271-105, Combinados interruptor-fusible de corriente alterna.
- IEEE C37.48.1, Guía de operación, clasificación, aplicación y coordinación de fusibles limitadores de corriente.
- IEEE C57.109, Guía para la duración de fallas pasantes en transformadores sumergidos en líquido.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un fusible de respaldo no protege contra sobrecargas?
Porque solo garantiza el corte entre su corriente mínima de corte asignada y su poder de corte máximo. Una sobrecarga o una falla de alta impedancia por debajo de ese mínimo puede fundirlo sin que logre interrumpir, y el fusible puede fallar. Por eso se combina con un interruptor-seccionador disparado por el percutor.
¿Hay que cambiar los tres fusibles si solo se fundió uno?
Es lo recomendado. Los fusibles que no operaron pudieron calentarse o fundir parcialmente durante la falla y ya no tienen la misma curva. Los fabricantes de celdas recomiendan, con base en IEC 60282-1, cambiar los tres.
¿Por qué se funde el fusible al energizar el transformador?
Porque la corriente de energización (inrush) es varias veces la nominal durante pocos ciclos. Si el fusible es muy pequeño, su curva de fusión cruza esa corriente. Se elige un calibre cuya curva quede por encima del inrush y de la toma de carga en frío, y por debajo de la curva de daño del transformador.