Como a seleção do fusível afeta a segurança geral do sistema?

Um fusível BS 88 escolhido combinando seu número de amperes com a corrente de carga não é uma decisão de segurança. É um palpite disfarçado de especificação. O dispositivo que vai parar no suporte pode transportar a corrente correta, passar na verificação de continuidade e ainda assim deixar de executar a única função que justifica sua existência: interromper uma falha antes que o cabo ou o equipamento por trás dele seja danificado. A lacuna entre “instalado” e “protetor” é onde reside a maioria das falhas de segurança relacionadas aos fusíveis, e é maior do que o catálogo sugere.

O primeiro lugar onde a lacuna se abre é na categoria de utilização. A BS 88-2 e a IEC 60269-2 harmonizada separam links de faixa completa em gG para proteção de condutores e equipamentos de uso geral, e gM para circuitos de motores. Em uma folha de dados, esses dois podem parecer intercambiáveis ​​– mesmo corpo, classificações de corrente semelhantes, mesma capacidade de interrupção de 80 kA a 415 V CA. Eles não são. Um link GM é construído para passar pelo surto de rotor travado de um motor direto em linha, e sua curva tempo-corrente é deslocada para tolerar esse surto sem abertura. Coloque um link GM em um alimentador que não veja a partida do motor - uma entrada do inversor de velocidade variável, uma sub-rede de distribuição, um circuito de iluminação - e o fusível foi selecionado para uma função que não existe. O cabo atrás dele agora está protegido por um dispositivo cuja característica de sobrecarga nunca foi desenhada para aquele cabo.

Já vi esse erro ser justificado com o raciocínio de que o link gM “tem margem maior”. Isso não acontece. Ela tem uma margem diferente, colocada onde o surto de partida do motor exige e removida da região onde uma sobrecarga sustentada em um alimentador não motor precisaria ser eliminada. Um link 63 A gG e um link 63 A gM não são dois graus da mesma proteção. São respostas para duas questões diferentes, e aplicar a resposta motora a uma questão não motora deixa o condutor desprotegido na faixa de sobrecarga.

A tensão e a capacidade de interrupção carregam sua própria versão deste erro de categoria. A documentação da linha Kempston lista os links gG testados em 415 V CA e 250 V CC, com 80 kA em 415 V CA e 40 kA em 250 V CC. Esses números não são transferíveis. Uma classificação de 250 V CC em um link não o torna um candidato para uma string de 550 V CC ou um array de 1000 V CC. O comportamento de extinção do arco que produz a capacidade de interrupção está ligado à geometria do elemento, ao empacotamento de enchimento e à tensão na qual o link foi testado. Um fusível que elimina 40 kA a 250 V CC pode formar um arco por um longo período, ou não se extinguir, em uma tensão CC mais alta, onde não há corrente zero natural para auxiliá-lo. A coluna DC na folha de dados é uma evidência de um teste, não uma licença para extrapolar.

A temperatura do invólucro é a variável omitida de forma mais consistente na aritmética de seleção. Os links BS 88 são referenciados para uma temperatura do ar ambiente não superior a 40 °C, com uma média de 24 horas de 35 °C. A norma é direta sobre o que acontece a seguir: quando os links são instalados em gabinetes, é a temperatura dentro do gabinete que determina se a redução de capacidade é necessária. As tabelas de desclassificação publicadas para links do tipo 'T' mostram a escala da correção. Um link classificado como 63 A a 40 °C é listado em 48 A em um gabinete de 55 °C, 30 A em 60 °C e ainda mais baixo em 65 °C e acima. Um quadro de distribuição ou gabinete combinador operando internamente entre 55 e 60 °C não é um caso extremo; é um recinto carregado em um dia quente. Um link de 63 A selecionado na placa de identificação e instalado naquela caixa é efetivamente um link de 48–30 A. Se a carga estiver próxima da classificação original, o fusível já está no ombro de sua curva antes de ocorrer qualquer falha, e a degradação que se segue – oxidação do elemento, aumento da resistência de contato, um fusível que abre sem nenhuma falha para explicá-lo – é um resultado térmico, não elétrico.

A coordenação acrescenta uma segunda camada que as classificações actuais por si só não conseguem captar. A verificação adiabática de acordo com o Regulamento BS 7671 434.5.2 compara a resistência térmica do cabo, k²S², com a energia de passagem do dispositivo de proteção, I²t. Para um cabo Cu/PVC de 35 mm² com k = 115, k²S² é aproximadamente 16,2 × 10⁶ A²s. O fusível deve deixar passar menos energia do que o valor da corrente de falta prospectiva. Um link que satisfaça a verificação de corrente contínua ainda pode falhar na verificação adiabática se seu I²t total no nível de falha da instalação exceder a resistência do cabo. O inverso também é possível: um fusível com uma curva muito rápida e baixo I²t protege o cabo generosamente, mas pode discriminar mal os dispositivos a montante, e um estudo de coordenação que assumiu uma curva é inválido se o link instalado for de uma classe diferente ou de uma classificação de tensão diferente, porque a passagem do I²t depende da tensão e o valor publicado em 415 V não descreve o dispositivo em 550 V ou em uma tensão CC.

O caso da cadeia fotovoltaica mostra o que acontece quando a polaridade e a seleção do fusível são tratadas como decisões independentes. Uma instalação de 500 kW no Japão foi energizada durante o comissionamento com a polaridade CC invertida em uma das nove caixas combinadoras que alimentam um único inversor. Quando a chave final foi fechada, o fusível de corrente reversa naquele combinador abriu. A corrente que fluía foi estimada em centenas de amperes, impulsionada não pela cadeia defeituosa, mas pelos oito combinadores saudáveis ​​que alimentavam o caminho inverso. O fusível fez o seu trabalho, e esse é o ponto: o fusível foi o componente que detectou um erro de fiação que a sequência de comissionamento não detectou. Mas esse resultado depende de o fusível estar presente na polaridade correta e classificado para a corrente reversa que o conjunto paralelo pode fornecer. Um link selecionado apenas para corrente de string direta, ou omitido na suposição de que uma polaridade é suficiente, remove o mecanismo de detecção junto com a proteção.

Elos falsificados e mal marcados atacam a mesma cadeia de segurança do lado físico. Os indicadores publicados são específicos e verificáveis ​​sem laboratório: os elos BS 88 falsificados são frequentemente mais leves que as unidades genuínas, muitas vezes abaixo de 2,2 ge, por vezes, tão baixos quanto 1,7 g, porque o enchimento de areia de sílica está ausente ou é substituído; a cerâmica é mais branca que o corpo genuíno; e as tampas das extremidades podem estar soltas. A areia não é uma embalagem inerte. É o meio de extinção de arco que torna possível a capacidade de interrupção publicada e o I²t. Um link sem ele pode transportar a corrente nominal indefinidamente e ainda assim falhar explosivamente sob uma falta, porque o elemento não tem para onde transferir a energia do arco. O cálculo de seleção que utilizou a curva genuína agora descreve um dispositivo que não está no suporte.

O que todos esses modos de falha têm em comum é que a classificação na placa de identificação do fusível é necessária, mas não suficiente. A questão de seleção não é "que corrente a carga consome?" mas "sob a tensão, temperatura, nível de falha e condições físicas de instalação que realmente existem, este link ainda se comporta como o elemento calibrado que sua curva descreve?" A categoria gG/gM deve corresponder à carga da carga. A classificação de tensão deve corresponder à tensão máxima do circuito, CC ou CA, sem extrapolação de uma tensão de teste mais baixa. A capacidade de interrupção deve ser verificada naquela tensão em relação à corrente de falta potencial. A temperatura do gabinete deve ser aplicada como uma entrada de redução de capacidade e não tratada como nota de rodapé. O I²t no nível de falha da instalação deve ser verificado em relação à resistência adiabática do cabo. E a origem física do link deve ser verificável, pois um elemento falsificado possui uma curva que existe apenas em seu rótulo. Um fusível que passa na verificação de corrente e falha em qualquer um dos outros não é um fusível que está "quase certo". É um componente cuja função protetora foi assumida e não estabelecida, e a suposição será testada no momento em que for mais importante.