10.3        Fusibili

10.3.1  Generalità

Il fusibile è un dispositivo di protezione contro i sovraccarichi e i corto circuiti. E’ caratterizzato da una estrema semplicità costruttiva, da costi piuttosto contenuti e dal fatto di possedere un elevato potere d’interruzione. Accanto a questi lati positivi ne presenta anche alcuni negativi : quando interviene non assicura la contemporanea interruzione di tutte le fasi del circuito, i tempi di ripristino sono relativamente lunghi, non esistono dimensioni unificate. Le Norme CEI distinguono i fusibili per la bassa tensione (<1000V) in fusibili per uso da parte di persone addestrate (applicazioni industriali con correnti nominali superiori ai 100 A) e fusibili per uso da parte di persone non addestrate (applicazioni domestiche e similari) che però possono essere usati anche in applicazioni industriali.

10.3.2  Criteri costruttivi    

Normalmente la componente fusibile è racchiusa in contenitori isolanti muniti, alle estremità, di contatti (l’insieme di questi elementi viene comunemente chiamata "cartuccia" e costituisce la parte da sostituire dopo l’intervento della protezione) per il collegamento con il supporto che verrà poi inserito, mediante morsetti, al circuito da proteggere. L’elemento fusibile, di materiale conduttore, può essere di forma e materiale differente a seconda dell’utilizzo. Possono essere ad esempio in argento puro (materiale con un’ottima conducibilità elettrica e termica e caratterizzato da un alto punto di fusione) e possono avere sezioni variabili per realizzare differenti condizioni di riscaldamento e quindi di fusione (si ottiene così la protezione sia contro i sovraccarichi di piccola e media intensità e di lunga durata, sia contro le correnti di corto circuito di elevata intensità e di breve durata). Frequente è l’utilizzo di riempitivi della cartuccia ottenuti con sabbia a base di quarzo posta entro involucro isolante del fusibile che può essere in ceramica, porcellana o vetro ecc.. In alcune soluzioni costruttive l’intervento del fusibile può essere segnalato da dispositivi indicatori e può, tramite l’intervento di un percussore (meccanicamente o elettricamente tramite un contatto) agire sul funzionamento di altri apparecchi (ad esempio potrebbe aprire un interruttore, accendere una lampada spia, ecc..). Il percussore è un dispositivo meccanico, interno alla cartuccia, che in genere utilizza, in fase d’intervento dell’elemento fusibile, l’energia accumulata in una molla precompressa. 

10.3.3  Principio di funzionamento

Il fusibile può intervenire a causa di un sovraccarico o a causa di un corto circuito. In presenza di sovraccarichi i tempi di intervento del fusibile devono essere inversamente proporzionali alla corrente stessa. Viene, infatti, sfruttata la buona conducibilità termica dell’elemento fusibile che si riscalda in modo uniforme (per intervenire essi devono, infatti, immagazzinare una certa quantità di energia termica, necessaria per il riscaldamento dell’elemento fusibile e per la sua successiva fusione ed evaporazione), anche nei punti a sezione più piccola, e interviene in tempi compresi tra i secondi e le ore. Il riscaldamento è in parte rallentato anche dalla presenza del materiale di riempimento che trasferisce all’ambiente il calore sviluppato per effetto Joule. In presenza di correnti di corto circuito che devono essere interrotte in tempi brevi, la temperatura sale più rapidamente nelle zone a sezione ristretta (essendo più elevata la resistenza elettrica e minore la capacità termica rispetto alle altre parti dell’elemento fusibile) e in questo caso il materiale riempitivo non è in grado di trasferire all’esterno il calore prodotto. Nei punti a sezione più piccola la temperatura di fusione viene raggiunta in tempi molto brevi e si hanno così dei punti deboli in cui avvengono le più fusioni con formazione di diversi archi, in serie tra loro, che facilitano l’interruzione della corrente. L’estinzione dell’arco viene inoltre agevolata dall’azione di raffreddamento del materiale riempitivo nel quale, assorbendo calore, si hanno formazioni vetrose e sviluppo di gas con conseguente aumento della resistenza elettrica che determina prima la diminuzione e poi l’annullamento della corrente elettrica. In questa fase la corrente si discosta notevolmente dall’andamento presunto e il valore di picco non viene raggiunto. Il fusibile dimostra di possedere una notevole azione limitatrice sulla corrente di corto circuito.

10.3.4  Grandezze nominali  

·       Tensione nominale U_n - è il massimo valore della tensione a cui può essere sottoposto il fusibile. I valori normalizzati sono :

a)     per uso domestico : 230, 400, 500 V

b)    per uso industriale : 230, 300, 500, 600 V

·       Corrente nominale I_n - è la corrente che il fusibile può sopportare senza fondere e senza che si verifichino riscaldamenti anormali. I valori normalizzati dei fusibili per impiego da parte di personale addestrato e non addestrato sono 2,4,6,8,10,12,16,20,25,32,40,50,63,80 e 100 A mentre i valori normalizzati dei fusibili per l’impiego da parte del solo personale addestrato sono  125,160,200,250,315,400,500,630,800,1000 e 1500 A.

·       Corrente convenzionale di non fusione I_nf - è il valore massimo di corrente che il fusibile è in grado di sopportare per un determinato tempo senza fondere.

·       Corrente convenzionale di fusione I_f - è il minimo valore di corrente che provoca la fusione dell’elemento entro un determinato intervallo di tempo (per i fusibili aM non sono indicati i valori di Inf e If, è invece specificata la caratteristica tempo_corrente di sovraccarico).

Tab. 10.1a - Correnti convenzionali di fusione I_f non fusione I_nf dei fusibili gG e gM.

·       Potere d’interruzione - valore massimo di corrente che il fusibile è in grado di interrompere in condizioni specificate.

Tab. 10.1.b - Valori minimi ammessi per il potere di interruzione

·       Potenza dissipata dalla cartuccia - potenza dissipabile dalla cartuccia alla corrente nominale.

·       Caratteristiche tempo corrente - in relazione alla caratteristica d’intervento (fig. 10.3) i fusibili vengono classificati in :

a)     per uso generale (gG) che sono in grado di interrompere tutte le correnti fra il valore minimo che provoca la fusione dell’elemento e il potere d’interruzione nominale ;

b)    protezione di circuiti di alimentazione di motori che sono in grado di interrompere tutte le correnti fra il valore minimo che provoca la fusione dell’elemento e il potere d’interruzione nominale ;

c)     fusibili per uso combinato (aM), detti anche di ‘accompagnamento motori’, che sono in grado di interrompere le correnti comprese tra un particolare valore di sovracorrente e quella relativa al potere di interruzione nominale. Le correnti inferiori   devono essere interrotte mediante un ulteriore dispositivo come ad esempio una combinazione contattore - relè termico. Questo tipo di fusibili viene impiegato quando sono in gioco elevate correnti di spunto. Per questo tipo di fusibili le caratteristiche di intervento sono definite normalmente come multipli della corrente nominale in funzione del rapporto I/In. La caratteristica è individuabile dai valori k₀=1,5, k₁=4, k₂=6,3. Il fusibile può intervenire all'interno della coppia di valori tempo corrente compresi nella zona definita dalle curve di prearco e di funzionamento. A volte i costruttori forniscono la sola curva di funzionamento senza quella di prearco (fig.10.3).

Importante, per un corretto uso dei fusibili, è conoscerecostruttori la temperatura alla quale sono riferite le caratteristiche di intervento. Normalmente ci si riferisce alla temperatura ambiende di 20°C (caratteristiche normalizzate), per temperature diverse i tempi di intervento cambiano ed è quindi necessario determinare i nuovi tempi di intervento che si vengono a stabilire.

Caratteristica di prearco - intervallo di tempo che intercorre tra l'inizio di una sovracorrente e l'istante in cui l'elemento fusibile fonde con formazione dell'arco.

Caratteristica di funzionamento - intervallo di tempo che intercorre tra l'inizio di una sovracorrente e l'istante in cui questa è interrotta (tempo di prearco più tempo di arco).

Fig. 10.3a - Caratteristica di intervento di un fusibile gG

Fig. 10.3b - Caratteristica di intervento di un fusibile aM

Energia specifica (impulso Termico) - rappresenta il massimo valore di energia passante durante il tempo di intervento del fusibile le tabelle 10.1c e10.1d riportano i valori di I²t previsti dalle norme rispettivamente per i fusibili aM e gG.

Tensione nominale Un (V)	I2t massimo (A2s)

Tab. 10.1c - Cartucce aM. Valori massimi di energia passante per temp
i non superiori a 0,01 s

continua....

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