A primeira aparição oficial do fusível se deu com a patente de Thomas Edison no ano de 1880, com a finalidade de proteger lâmpadas elétricas, pois estas possuíam um filamento muito sensível. Anteriormente a esta data, por volta de 1864, existiam dispositivos semelhantes a um fusível, onde se utilizava fios de platina para a proteção de cabos submarinos, porém há indícios de que o seu surgimento se deu em meados de 1774, onde existem relatos sobre a proteção elétrica em experiências com energia eletrostática.As formas que hoje possuem os fusíveis não correspondem aos primeiros fusíveis fabricados, os quais passaram por muitas alterações em seu formato, no tipo de material empregado em sua construção e nas suas aplicações e características de funcionamento.
Existem várias normas brasileiras que regulamentam a operação e a construção de fusíveis, baseadas em normas internacionais, as quais estabelecem parâmetros como a corrente nominal, tensão de operação, capacidade de interrupção, etc. Estas normas também definem os formatos e os tipos de fusíveis que existem atualmente no mercado.
O presente trabalho tem o objetivo de abordar estes dispositivos, apresentando as suas finalidades, classificações, tipos existentes, materiais utilizados em sua fabricação, fabricantes e pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias aplicadas a estes dispositivos.
2 DEFINIÇÃO
Os dispositivos fusíveis são elementos de proteção que atuam através da fusão de uma parte dimensionada para tal, secionando o circuito em que estão instalados e interrompendo a corrente elétrica quando esta excede um valor estabelecido por um determinado intervalo de tempo.
Em condições normais, este dispositivo faz com que o circuito no qual está ligado opere normalmente, sem nenhuma ou “quase nenhuma” interferência em suas características, porém no caso de uma elevação do valor da corrente normal de funcionamento, ocorre uma elevação de temperatura no seu elemento fusível até que ocorra a sua fusão, secionando o circuito após determinado tempo. As simbologias mais comuns para representação de um fusível são apresentadas na Erro! Fonte de referência não encontrada., onde a segunda simbologia é a determinada pela IEC.
Figura 1 – Simbologias de um fusível
Os fusíveis são certamente os dispositivos de uso mais tradicional na proteção de circuitos e sistemas elétricos e proporcionam excelente proteção contra curto-circuito devido a sua alta capacidade de interrupção e sua capacidade limitadora (antes que ocorra o valor de crista a corrente de curto circuito é interrompida). Sua utilização, porém, não deve ser efetuada quando se deseja proteção contra sobrecargas leves e moderadas, pois a sua curva de atuação “tempo x corrente” não pode ser ajustada, ao contrário dos relés de proteção contra sobrecorrentes e disjuntores eletromagnéticos, os quais possuem mecanismo de ajuste. Na Figura 2 – Curva tempo × corrente estão apresentadas as curvas tempo × corrente típicas de um fusível.
Figura 2 – Curva tempo × corrente
3 FINALIDADE
Em qualquer sistema elétrico um sistema de proteção é fundamental mesmo em potências baixas, pois qualquer falha ou defeito pode danificar os seus elementos, ou até mesmo por em risco pessoas, animais ou mesmo patrimônios.
Um fusível tem a finalidade de seccionar um circuito caso ocorra qualquer distúrbio em sua corrente de entrada, protegendo os seus elementos de danos, ou no caso de equipamentos eletrônicos ou instalações elétricas até mesmo um incêndio.
Tecnicamente a finalidade de um fusível é proteger as instalações ou equipamentos de danos causados por sobrecorrentes ou curto-circuitos, rompendo seus componentes fundíveis caso ocorra um destes eventos.
4 CONSTRUÇÃO 4.1 ELEMENTOS FUSÍVEIS
Os fusíveis possuem como elementos fusíveis ligas metálicas denominadas “Ligas fusíveis”. Essas ligas são conhecidas através de seus nomes comerciais, e suas propriedades são especificadas em manuais especializados ou em catálogos de fabricantes.
Os principais elementos que às compões são bismuto, cádmio, chumbo e estanho. Em fusíveis especiais pode ser encontrada como elemento constituinte a prata.
A corrente necessária para fundir um elemento fusível de determinado tipo de dispositivo é calculada através da fórmula de Preece a qual é apresentada na equação 1.
Onde “I” é a corrente de fusão do fio, “a” é um parâmetro tabelado e “d” é o diâmetro do fio. Assim, quando um condutor é aquecido por uma corrente elétrica e atinge uma temperatura estável, a energia transformada em calor por efeito joule é igual ao calor que deixa a superfície do condutor por convecção e radiação.
Para uma pequena elevação de temperatura acima do ambiente, o calor perdido pelo condutor pode ser calculado pela lei de Newton, segundo a qual a energia emitida (W) é proporcional à elevação de temperatura (∆θ), à superfície do condutor (A), ao tempo (t) e a emissividade da superfície (e), unindo estes parâmetros é obtida a equação 2.
| =∆ | Equação 2 |
Considerando que a potência transformada por efeito joule é
| . | Equação 4 |
. Equação 5
A qual é denominada “coeficiente de Preece” e depende do tipo de material utilizado.
Comumente os valores de “a” são tabelados, na Tabela 1estão os valores do coeficiente de Preece para alguns tipos de materiais.
Material a
Cobre 80
Alumínio 59,3
Constantan 4,4
Prata alemã 40,9
Tabela 1 – Coeficiente de Preece para alguns materiais
Assim, conhecido o valor de a, pode-se calcular a corrente necessária para fundir um fio com um diâmetro pré-determinado ou calcular o diâmetro de um fio utilizado na construção de um fusível a partir de uma corrente dada.
4.2 ELEMENTOS ISOLANTES
Os fusíveis de modo geral devem possuir um elemento isolante que garanta a circulação de corrente em apenas seus elementos funcionais, assim sendo necessário um elemento isolante para envolvê-lo. Além da função de isolação, em fusíveis que operam com tensões elevadas ou correntes elevadas têm-se o problema do arco elétrico que surge durante seu rompimento, com isso além da função de isolante o invólucro do fusível também se destina a extinção deste arco elétrico produzido.
Tendo em vista que durante a operação do fusível criam-se elevadas temperaturas e pressões, o material utilizado no invólucro do elemento fusível deve suportar estas condições sem sofrer nenhum dano em sua estrutura. Os invólucros normalmente utilizados são fabricados com papelão, fenolite, cerâmica, vidro, plástico, etc. Nos casos mais críticos utiliza-se um material isolante inserido no interior do fusível para ajudar na extinção do arco.
Normalmente o material utilizado para a extinção do arco fica na forma granular no interior do encapsulamento e é composto por quartzo, areia ou amianto mas pode ser utilizado qualquer outro material que possua características necessárias de isolação, temperatura e inflamabilidade.
Em sua construção, quando estes materiais não são transparentes ou não permitem a visualização do estado do fusível, criam-se dispositivos que sinalizam se o fusível está em condições de funcionamento ou fora de operação.
5 CARACTERÍSTICAS
No dimensionamento dos fusíveis algumas características são de extrema importância para um dimensionamento correto e sua correta atuação no caso de uma falta em um sistema elétrico ou eletrônico. Fatores como corrente de interrupção, tensão nominal e corrente nominal são de extrema importância no seu dimensionamento. Algumas destas características estão apresentadas a seguir.
5.1 CORRENTE NOMINAL (IN)
E o valor de corrente que pode percorrer o fusível por tempo indeterminado sem que este apresente um aquecimento excessivo.
5.2 CORRENTE TÉRMICA NOMINAL (ITH)
E a maior corrente que o dispositivo deve suportar num período de oito horas sem que o aumento da temperatura ultrapasse os limites especificados. “Sem que a elevação de temperatura de suas várias partes exceda limites especificados (que são os mesmos indicados na tabela 3 da NBR 5361)”.
5.3 CORRENTE DE AJUSTE Valor de corrente em que o dispositivo é ajustado e as configurações são definidas.
5.4 CORRENTE CONVENCIONAL DE FUSÃO (IF) Valor de corrente que ativa a atuação do dispositivo dentro de um tempo determinado.
por: Professor Marcio Agert
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