¿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

Los fusibles están diseñados para corriente de trabajo . Un fusible de 10A no se fundirá (o "degradará lentamente") a 9A, ni siquiera a 10A. Que esté etiquetado como 10A solo significa que el fabricante garantiza que funcionará como se espera siempre que no se supere el valor nominal.

Obviamente, eso significa que un fusible de 10 A no se fundirá en el momento en que se superen los 10 A. De hecho, si miras en un ficha técnica Verás que necesitas unos 20 A para fundir un fusible de 10 A, y quizá más de 30 A si quieres que ocurra con bastante rapidez.

Los fusibles también tienen valores nominales de caída de tensión, de hecho, se necesita tanto corriente como tensión para hacer estallar un trozo de cable. Pero como los usuarios finales suelen querer un valor de corriente preciso, los fabricantes no miden la caída de tensión con exactitud y sólo proporcionan un valor típico/máximo para ella. Imagina que te digo que tengo un fusible de 150 mV / 5 mOhmios: ¿crees que sería suficiente para proteger, por ejemplo, una carga de red de 1kW? Tendrás que averiguar la intensidad nominal para saberlo.

Answer 2

Pero, ¿no falla realmente el conductor cuando se ha disipado en él una determinada cantidad de energía/calor? Entonces el conductor está a una temperatura demasiado alta y se quema/funde. [...] ¿Por qué entonces puedo operar el fusible continuamente a una corriente más baja como 9A sin que el fusible se queme también, sino sólo un poco más tarde?

No importa cuánta energía se haya disipado en el fusible. Lo que importa es tarifa a la que se disipa la energía en el fusible (es decir potencia -- I 2 R) en comparación con la velocidad a la que se disipa la energía fuera del fusible a través del calor irradiado y la conducción del calor.

Cuando la energía entra en el fusible más rápido de lo que sale, el fusible se calienta. Sin embargo, cuando el fusible se calienta, aumenta la velocidad a la que se disipa la energía fuera del fusible. La temperatura aumentará hasta que la potencia calorífica que sale del fusible sea igual a la que entra (I 2 R).

Así, el fusible alcanzará rápidamente una temperatura de equilibrio determinada por la corriente. Cuando esta temperatura es demasiado alta, el fusible se funde.

Dependiendo del material del fusible, podría explotar cuando la temperatura de equilibrio alcance el punto de fusión del material, o podría explotar por el desbocamiento térmico que @cmaster menciona en su respuesta. En ese momento, el aumento de la temperatura en el fusible aumenta la potencia. en más rápido de lo que aumenta la potencia fuera y se pierde el equilibrio.