Guia de fusíveis de alta capacidade de ruptura: classificações, tipos e proteção de relés

Um fusível NH de 100 A com capacidade de interrupção de 120 kA e um link de 100 A com capacidade de interrupção de 20 kA parecem quase idênticos na prateleira, transportam a mesma corrente em serviço normal e geralmente cabem no mesmo suporte. Eles se comportam de maneira completamente diferente na primeira vez que ocorre um curto-circuito, e um deles pode destruir o painel que foi comprado para proteger.

A classificação que decide isso não é a maior amperagem impressa no cano. É a capacidade de interrupção, comparada com a corrente de curto-circuito presumida naquele ponto exato da instalação, apoiada pela energia de passagem e pela categoria de utilização correta. As seções abaixo explicam o que significa cada campo de classificação, como o fusível interrompe uma falha e onde os fusíveis e relés se encontram dentro de um painel de controle.

Para que serve um fusível de alta capacidade de ruptura

HRC significa alta capacidade de ruptura e descreve um fusível construído para interromper correntes de falta muito maiores do que a corrente que transporta todos os dias. Um fusível de lâmina NH de 100 A pode ser testado para 120 kA a 415 V CA. Um MCB doméstico é normalmente classificado como 6 kA ou 10 kA. Se a impedância do transformador, o comprimento do cabo e os dados de alimentação colocarem a corrente de curto-circuito potencial em 25 kA no painel, um MCB está fora de questão e um fusível HRC é a resposta normal.

Quatro campos são importantes. A corrente nominal é uma classificação térmica que descreve a operação contínua em um ambiente definido. A capacidade de interrupção é a classificação de falha, ou seja, a maior corrente que o fusível pode interromper com segurança sem romper seu corpo ou suporte. A tensão nominal, especialmente em circuitos CC, não pode ser assumida a partir de uma folha de dados CA. A categoria de utilização indica que tipo de carga o fusível se destina a proteger.

A terminologia causa uma verdadeira confusão aqui. A documentação do Reino Unido e da Commonwealth costuma dizer fusível HBC, o que significa alta capacidade de interrupção, e os fusíveis BS 88 são frequentemente rotulados dessa forma. Os documentos IEC preferem alta capacidade de ruptura. Os dois nomes descrevem o mesmo comportamento, portanto a questão útil para um fornecedor não é o que diz o rótulo, mas qual padrão e quais dados de teste o fusível é declarado.

Dentro do fusível: construção e limitação de corrente

Um fusível HRC é um dispositivo simples com poucas peças. Um corpo cerâmico feito de esteatita ou porcelana contém um elemento de prata ou cobre, geralmente com várias seções reduzidas ao longo de seu comprimento. O espaço restante é compactado firmemente com areia de quartzo graduada e as extremidades são fechadas por tampas, etiquetas ou contatos de lâmina que engatam no suporte.

Quando ocorre uma falha, o elemento derrete na seção mais estreita e um arco se forma dentro da areia. O calor funde a areia em uma massa vítrea conhecida como fulgurita, que absorve energia e aumenta acentuadamente a tensão do arco. Essa tensão crescente do arco força a corrente de falta a zero dentro do primeiro quarto de ciclo, normalmente de 4 ms a 6 ms a 50 Hz e raramente mais de 10 ms.

Esta ação rápida confere aos fusíveis HRC seu caráter limitador de corrente. O pico de corrente de passagem visto pelos cabos, barramentos, contatores e contatos de relé a jusante é uma fração do que a rede poderia fornecer se a falta pudesse se desenvolver livremente. Contatos que seriam soldados sob uma falta irrestrita geralmente sobrevivem quando o fusível a montante limita a energia.

Um erro de leitura frequente: um fusível que permanece durante a partida do motor não está com defeito. Um motor consome de seis a oito vezes sua corrente nominal por alguns segundos, e a curva tempo-corrente de um fusível gG ou sou é desenhada deliberadamente para ignorar essa irrupção.

Campos de classificação que decidem se o fusível funciona

A primeira verificação é a possível corrente de curto-circuito na posição do fusível. Ele vem da impedância do transformador de alimentação, comprimento e seção transversal do cabo, além de qualquer contribuição de motores ou inversores. A capacidade de ruptura deve exceder esse valor com margem, e não apenas igualá-lo.

A segunda verificação é a energia de passagem, expressa como valores I2t. Há um valor de fusão e um valor de compensação total, e o valor de compensação deve ficar abaixo da resistência do cabo, barramento ou semicondutor a jusante. Para seletividade entre dois fusíveis gG em série, uma relação de cerca de 1,6 para 1 entre as correntes nominais a montante e a jusante é um ponto de partida comum.

A terceira verificação costuma ser totalmente ignorada: calor. Os fusíveis dissipam energia e, dentro de um invólucro selado, o ambiente pode ficar bem acima de 35 graus C, onde a corrente nominal de um fusível NH precisa ser reduzida.

O prefixo é importante. Um fusível da categoria g tem faixa completa e suporta sobrecarga e curto-circuito. Um fusível de categoria a tem alcance parcial e deve ser apoiado por outro dispositivo, geralmente um relé de sobrecarga térmica em uma partida de motor. A instalação de um fusível AM como única proteção para um cabo remove completamente a proteção contra sobrecarga.

Tipos e formatos de montagem

• Fusíveis tipo lâmina NH: construídos conforme DIN 43620, tamanhos NH00 a NH4, até aproximadamente 1250 A e 690 V AC, padrão em quadros de distribuição industrial e painéis principais.
• Fusíveis cilíndricos: tamanhos 10x38, 14x51 e 22x58, cerca de 1 A a 100 A, comuns em circuitos de controle, fontes de instrumentos e gabinetes pequenos.
• Fusíveis D e D0: tipos de rosca com anéis medidores que impedem fisicamente o encaixe de um fusível de classificação maior no mesmo suporte, útil onde o aumento não autorizado é um risco.
• Fusíveis BS 88: amplamente utilizados em instalações industriais e equipamentos legados no Reino Unido, disponíveis em formatos aparafusados ​​e de encaixe.
• Fusíveis semicondutores: aR e classes similares com I2t muito baixo para inversores, retificadores e soft starters.
• Fusíveis fotovoltaicos e CC: classificados em 1000 V ou 1500 V CC para strings e racks de baterias, com construção interna adequada para arcos CC.

A compatibilidade do suporte faz parte da classificação do fusível e não é uma decisão separada de acessórios. Um fusível de 120 kA instalado em um suporte classificado como 50 kA dá a toda a instalação uma classificação de falha de 50 kA, e é isso que o inspetor registrará. A mesma lógica se aplica ao seccionador e às terminações dos cabos.

Coordenação de fusíveis HRC com relés em painéis de controle

Um fusível protege o circuito, não o relé. Limita a energia que atinge os contatos durante uma falta, mas não faz nada em relação à corrente de carga normal. Se um aquecedor de 16 A for ligado por um relé com contatos de 5 A, esses contatos falharão, independentemente de o fusível a montante ter classificação de 100 kA ou não. As classificações dos contatos devem ser lidas para o tipo de carga real, usando AC-1 para cargas resistivas, AC-3 para comutação do motor e, muitas vezes, um valor muito mais baixo para CC.

Onde as correntes de carga são mais altas, um relé de potência com contatos de 30 A ou 40 A e uma categoria de comutação definida é a resposta usual, protegido a montante por um fusível HRC dimensionado para o cabo e não para o próprio relé. A curva do fusível e a classificação do contato devem ser analisadas em conjunto, porque o fusível é o que mantém a energia do arco no contato dentro de uma faixa de sobrevivência.

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Em instalações em trilho DIN, os módulos de relé combinam um soquete montado em trilho com um relé plugável, de forma que o circuito da bobina e o circuito de contato possam ser protegidos e substituídos separadamente. O módulo ocupa uma largura de trilho padrão e um relé com falha é trocado sem religar o painel ou perturbar a instalação do fusível.

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Os relés de travamento cobrem um risco diferente. Quando um fusível elimina uma falta, a tensão de controle geralmente entra em colapso. Um relé padrão é desativado e o estado da máquina torna-se indefinido, enquanto um relé de travamento magnético mantém sua última posição e só pode ser redefinido deliberadamente. Esse comportamento é importante em sistemas onde uma mudança inesperada de posição após um desarme pode mover um mecanismo ou perder uma indicação.

Relé de travamento magnético CYF3-S 14F Um relé de travamento magnético 14F que mantém sua última posição de contato após a alimentação da bobina ser removida, ajudando a preservar o estado da máquina após falhas. Ver Produto →

Para comutação de baixa corrente e alta tensão, relés reed são usados em vez de relés de potência, geralmente em circuitos CC que também carregam um fusível com classificação CC. As situações de comutação em que esse emparelhamento faz sentido são descritas nesta visão geral do aplicações de relé reed .

Uma sequência de seleção prática

1. Confirme se o circuito é CA ou CC e registre a tensão do sistema, incluindo níveis transitórios.
2. Obtenha a corrente potencial de curto-circuito na posição do fusível a partir dos dados da concessionária, do transformador ou do inversor.
3. Combine a tensão nominal do fusível com o circuito, escolhendo uma série com classificação CC para sistemas CC.
4. Dimensione a corrente nominal da carga e, em seguida, aplique a redução para temperatura ambiente e agrupamento do gabinete.
5. Verifique se a capacidade de interrupção excede a corrente potencial de curto-circuito com margem.
6. Verifique I2t em relação à resistência a jusante e verifique a seletividade em relação ao dispositivo de proteção a montante.
7. Confirme se o suporte, o seccionador e as terminações do cabo apresentam a mesma classificação de falha do fusível.

Erros comuns no campo

• Aplicando dados de tensão CA a um circuito CC, onde o arco se comporta de maneira muito diferente.
• Superdimensionar o fusível para impedir a queima incômoda em vez de encontrar a causa, como uma curva errada ou um motor com defeito.
• Ignorar I2t quando o dispositivo a jusante for um semicondutor ou um contato de relé de baixa classificação.
• Substituir um elo fusível sem inspecionar o suporte quanto a rastros, descoloração ou cerâmica rachada.
• Tratar HRC como um tipo de produto universal quando fusíveis NH, cilíndricos, BS 88 e semicondutores não são intercambiáveis.
• Remoção de um fusível sob carga sem um seccionador adequado.
• Supondo que um fusível de alcance parcial forneça proteção contra sobrecarga por si só.

Padrões, Fichas Técnicas e Verificação

Um fusível de alta capacidade de ruptura é tão bom quanto o padrão contra o qual foi testado. A IEC 60269 cobre fusíveis de baixa tensão e é dividida por aplicação, incluindo fusíveis industriais em geral, fusíveis tipo D, fusíveis semicondutores e fusíveis fotovoltaicos. A BS 88 cobre a gama britânica e a UL 248 cobre a gama norte-americana. Quando um fornecedor citar uma capacidade de interrupção, pergunte em qual tensão ela foi verificada e sob qual padrão, porque um valor de 120 kA a 415 V CA não tem peso em um rack de baterias de 600 V CC.

A dissipação de energia, as curvas de desclassificação ambiente e os gráficos I2t de passagem devem vir da mesma folha de dados que a capacidade de interrupção. A mistura de figuras de diferentes fontes é a forma como os erros de coordenação se infiltram no desenho de um painel.

Obtendo a proteção certa

Um fusível HRC ganha seu nome em um momento específico, e esse momento é decidido por três números: capacidade de interrupção contra corrente de falta potencial, I2t contra resistência a jusante e corrente nominal contra carga real e ambiente real. Os relés ficam a jusante dessa decisão e suas classificações de contato merecem o mesmo cuidado que o fusível. Se você estiver combinando um relé com um circuito protegido e precisar confirmar classificações de contato, tensões de bobina ou montagem, as perguntas que surgem com mais frequência durante a cotação são coletadas em nosso site. Página de perguntas frequentes .