In questa guida spieghiamo come funziona un fusibile.
Ci troviamo in una strana società, chi bene assolve il proprio compito, intervenendo con tempestività ed affidabilità, ma a basso costo, spesso viene dimenticato a favore di soluzioni ritenute più sofisticate e costose.
Negli impianti elettrici, questa figura è incarnata dal fusibile, il cui principio di funzionamento è assai semplice, infatti si ha la fusione dell’elemento fusibile vero e proprio a causa del calore prodotto per effetto Joule, ma il risultato garantito, riuscendo a soddisfare esigenze impiantistiche anche complesse offrendo stabilità nel tempo ed un sicuro intervento. Basti pensare che un fusibile di pochi ampere di corrente nominale è in grado di interrompere correnti di cortocircuito anche di 100 KA.
Come Funziona un Fusibile
I fusibili per circuiti di bassa tensione, che sono quelli di cui ci occuperemo nel presente articolo, sono del tipo a fusione controllata dove l’elemento fusibile è posto all’interno di una cartuccia in materiale isolante, generalmente ceramica, riempita di polvere deionizzata, di solito sabbia al quarzo.
Grazie a questa configurazione, l’arco d’interruzione si estingue per frammentazione dovuta ad interposizione di granelli di sabbia di quarzo ed il materiale incandescente non può essere proiettato nell’ambiente perché contenuto dalla cartuccia e raffreddato rapidamente dalla sabbia.
L’elemento fusibile non ha, di regola, una sezione costante, ma è caratterizzato da tratti con sezione ristretta ottenuti mediante intagli o fori nella parte di metallo destinata alla fusione.
In generale, l’elemento fusibile non è costituito da un unico materiale, ma presenta un riporto di una lega, solitamente stagno e piombo, caratterizzata da una bassa temperatura di fusione. Inoltre, nei fusibili aventi correnti nominali elevate vi sono più elementi destinati alla fusione posti tra loro in parallelo e, ciascun elemento, ha uno spessore che può risultare anche inferiore al decimo di millimetro.
Una volta inserito nell’impianto ed attraversato dalla corrente elettrica, l’elemento fusibile, in condizioni ordinarie, si riscalda per effetto Joule, producendo una quantità di calore che viene ceduta all’ambiente circostante attraverso l’involucro ed i contatti.
Quando si verifica un sovraccarico, l’elemento fusibile si surriscalda in modo uniforme, ma la temperatura presenta il massimo incremento in corrispondenza del punto centrale dell’elemento che rimane intatto fintanto che in quel punto non viene raggiunta la temperatura di fusione.
Il tempo che intercorre tra l’insorgere del sovraccarico e la fusione dell’elemento, denominato tempo di prearco, dipende ovviamente dal valore della corrente e, nei sovraccarichi, può durare alcuni minuti o addirittura ore.
Al contrario, nel caso di cortocircuito, il riscaldamento è molto veloce, caratterizzato da tempi di prearco dell’ordine dei millisecondi, e l’interruzione dell’elemento fusibile avviene di regola in più punti contemporaneamente.
Per quanto riguarda l’aspetto normativo, le norme di riferimento sono la Cei En 60269-1, che individua le caratteristiche generali dei fusibili e la Cei En 60269-2, che si occupa dei fusibili destinati principalmente ad applicazioni industriali il cui uso è riservato a persone addestrate.
Allo scopo di definire il campo d’interruzione e la categoria d’utilizzazione, la normativa prevede una classificazione basata su due lettere
-la prima lettera, a o g entrambe minuscole, indicano una cartuccia con potere di interruzione rispettivamente a campo ridotto oppure a pieno campo, intendendo con tale terminologia rispettivamente un fusibile in grado di interrompere tutte le correnti comprese tra K2In e il potere di interruzione nominale, nella pratica K2 è uguale a 6,3, o, viceversa, nei fusibili a pieno campo, in grado di interrompere tutte le correnti che provocano la fusione fino al potere di interruzione nominale;
-la seconda lettera, D, G, M, N, R maiuscole. indica la categoria di utilizzazione ed identifica la caratteristica tempo-corrente del fusibile. in particolare, il significato delle diverse lettere è il seguente
D = a pieno campo ritardata
G = per uso generale
M = per la protezione dei motori
N = a pieno campo non ritardata
R = per la protezione dei semiconduttori.
Infine, un’ultima notazione per quanto riguarda la distinzione, in passato prevista dalla normativa, e per tale motivo ancora talvolta ricorrente nella tradizione impiantistica, tra fusibili rapidi e fusibili lenti.
I primi sono caratterizzati dall’avere l’elemento fusibile costituito da un solo metallo, senza riporti di altri materiali. inoltre, la sezione è particolarmente ristretta. Tutto ciò garantisce una curva di intervento corrente-tempo particolarmente ripida. Questa tipologia di fusibili è, ad esempio, particolarmente indicata per la protezione di apparecchiature contenenti semiconduttori.
I fusibili lenti, hanno invece elementi fusibili di maggiore sezione e impiegano materiali di riporto caratterizzati da basse temperature di fusione.
La loro caratteristica d’intervento è formata da due distinte curve. La prima determinata dall’elemento di riporto, mentre la seconda ha un andamento più ripido perchè caratterizzato dalla fusione della ristretta sezione dell’elemento fusibile vero e proprio.
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Ultimo aggiornamento 2021-01-23 / Link di affiliazione / Immagini da Amazon Product Advertising API
