¿Por qué los fusibles se queman con una corriente determinada?

Question

Normalmente especificamos el máximo actual que un conductor (como un fusible) puede soportar sin quemarse. Pero, ¿no falla realmente el conductor cuando una cierta cantidad de energía/calor se ha disipado en el conductor? Entonces el conductor está a una temperatura demasiado alta y se quema/funde.

Supongamos que tengo un fusible de 10 A. ¿Por qué entonces puedo operar el fusible continuamente a una corriente más baja como 9A sin que el fusible se queme también, pero sólo un poco más tarde?

También sabemos que la potencia, la tensión y la corriente están relacionadas por la ley de Ohm. Por tanto, si tenemos un fusible de 10 A con una resistencia arbitraria de 100 ohmios, ¿por qué no lo llamamos fusible de 1 kV (10 A * 100 ohmios) o fusible de 10 kW (10 A * 10 A * 100 ohmios)? Estos números son completamente arbitrarios, así que sé que no reflejan la realidad, pero aclaran mi punto de vista.

Answer 1

1. El conductor falla cuando alcanza una temperatura determinada. Como el fusible está en contacto térmico con el ambiente, puede disipar cierta cantidad de energía antes de fundirse.
2. Su fusible de 10 A está diseñado para fundirse a los 10 A (más o menos cierta tolerancia). Así que debería funcionar a 9 A todo el día.
   • Pero ese fusible de 10A tardará mucho tiempo en fundirse a 10A, y se fundirá mucho más rápido a 20A, y puede comportarse mal si le metes 100A. Los fusibles tienen toda una ciencia, en su mayor parte olvidada.
   • Y si haces funcionar ese fusible de 10 A a 9 A o 9,8 A todo el día, se calentará y se degradará lentamente.
   • Lo que significa que si lo que realmente importa es la velocidad a la que se funde o su duración, hay que hablar con el fabricante del fusible.
3. Los fusibles se clasifican en amperios porque eso es lo que le importa a la mayoría de la gente que los instala. El fusible ideal de 10 A no pierde tensión y no se funde ni se degrada ni siquiera a un nanoamperio por debajo de 10 A, pero se funde inmediatamente (o después de un tiempo bien definido) por encima de esa cifra. No existen fusibles ideales.
4. Mientras reflexionas sobre todo esto, tal vez quieras desenterrar algunas hojas de datos de fusibles y mira . Las buenas empresas (Bussman, Littlefuse, etc.) lo especifican, y existen fusibles de fusión lenta diseñados para sobrecargas temporales y fusibles de fusión rápida diseñados para reaccionar más rápidamente que los fusibles "normales". Si la forma en que debe responder el fusible no es estándar y es crítica, diseñar uno puede convertirse en todo un ejercicio de ingeniería.

Answer 2

Normalmente, un fusible no sabe en qué circuito de tensión se utiliza, sólo conoce la corriente que circula por él, por lo que eso es lo único que puede hacer que se funda.

Los fusibles también tienen un valor nominal de tensión porque, una vez que se funde, tendrá toda la tensión del circuito a través de él, por lo que debe estar diseñado para manejar con seguridad esa tensión sin que se produzcan arcos.

Answer 3

Pregúntatelo a ti mismo: ¿Para qué sirve un fusible?

1. ¿Limitar la tensión a través del fusible? No. Esto no tiene sentido.
2. ¿Limitar la potencia que disipa internamente un fusible? No. Esto tampoco tiene sentido.
3. ¿Limitar la corriente que pasa por el fusible? Sorprendentemente, ¡no! El trabajo de un fusible no es protegerse de nada. El trabajo de un fusible es proteger la carga. Así que supongamos que te preocupas por la corriente en la carga, entonces sólo te preocuparías por la corriente a la que se funde el fusible como una preocupación secundaria, ya que la carga y las corrientes del fusible resultan ser las mismas.
4. ¿Limitar la tensión en la carga? Podría decirse que sí, pero hay problemas con la clasificación de los fusibles de esta manera que voy a discutir más adelante.
5. ¿Limitar la potencia en la carga? Podría decirse que sí, pero hay problemas con la clasificación de los fusibles de esta manera que voy a discutir más adelante.
6. ¿Limitar la corriente en la carga? ¡Sí! El fin último del fusible es proteger la carga. Discutiré por qué la corriente es más válida que el voltaje o la potencia en #4 o #5.

La carga es el rey. Un fusible no está diseñado para fundirse porque sí. Un fusible está diseñado para proteger la carga. Te estás perdiendo el bosque por los árboles si todo en lo que te centras es en cuándo se funde el fusible. Al final, no me importa EN ABSOLUTO qué voltaje hay a través del fusible o cuánta potencia disipa el fusible cuando se funde. Lo que me importa es la corriente a través de la carga cuando se funde el fusible (y por extensión la corriente en el fusible cuando se funde).

Se podría argumentar que es para limitar la potencia EN LA CARGA o la tensión EN LA CARGA, pero no se pueden clasificar los fusibles en función de la potencia de carga o la tensión porque esas cifras dependen de la propia carga. En otras palabras, eso significa que el fusible no se puede clasificar de esa manera sin conocer exactamente las características de la carga con la que se está utilizando.

En términos más rigurosos, esto se debe a que la posición del fusible en el circuito no le permite observar la potencia o la tensión a través de la carga. Sólo puede observar la corriente que va a la carga. Claro que el fusible puede observar su propia caída de tensión o potencia disipada desde su posición en el circuito, pero ya hemos establecido que eso no es relevante para proteger el sistema.

Si me das un fusible clasificado utilizando el voltaje o los vatios a través de él, tengo que pasar por un montón de cálculos innecesarios que tienen en cuenta las características de mi carga sólo para averiguar si la corriente a la que el fusible se funde va a ser para proteger mi carga de sobrecorriente, sobretensión o sobrecarga.

Answer 4

El punto crucial que hay que entender es el material de qué están hechos los cables de los fusibles. Es simple y llanamente metal. Sin embargo, el metal tiene la propiedad de conductor frío : Si calientas un cable, cada vez es menos conductor y más una resistencia.

Ahora bien, si tienes un fusible que funciona por debajo de su límite de corriente, convierte un poco de energía eléctrica en calor, que se disipa rápidamente, y el cable se mantiene frío. En consecuencia, tiene una resistencia muy baja, por lo que sólo una pequeña cantidad de tensión cae en el fusible.

Cuando la corriente que pasa por el fusible supera el umbral, el hilo del fusible se calienta. Esto significa que su resistencia aumenta, que una mayor parte de la tensión cae a través del fusible y, por tanto, que éste transforma más electricidad en calor. El calor en el cable del fusible hace que se produzca más calor . Se trata de un proceso de autoamplificación, y como hay tanta energía eléctrica disponible que simplemente fluía a través del fusible cuando estaba frío, el fusible caliente puede extraer mucha potencia de la corriente incluso antes de afectar significativamente a la tensión en el aparato.

Debido a este proceso de calentamiento autoamplificado, el fusible se sobrecalienta rápidamente, frenando el circuito.

Answer 5

Es cierto que el conductor del fusible se calienta en respuesta a la corriente que circula por él. El propio cable está diseñado para disipar ese calor por conducción a su entorno, de modo que el fusible no se funde, hasta que la potencia que se disipa en él supera la capacidad del cable para conducir ese calor. Entonces el calor se acumula hasta el punto en que el hilo fusible se funde. Al añadir masa al cable, se aumenta su constante de tiempo térmico, lo que le permite soportar breves picos de sobrecorriente. slo-blo fusible.