Fusibili

Il fusibile è un semplice dispositivo elettrico in grado di proteggere le apparecchiature elettriche da eventuali cortocircuiti, in grado di interrompere il flusso di corrente se questa supera una soglia prefissata.

Tipi di fusibile

Sono costituiti da un contenitore generalmente cilindrico, in vetro oppure porcellana, al cui interno è presente un filo metallico che unisce due terminali di contatto. Il filo è dimensionato in modo tale da fondere (a causa del calore prodotto per effetto Joule) se la corrente che lo attraversa supera un valore limite.
Nei modelli per correnti elevate il filo è immerso in sabbia, che ha lo scopo di spegnere rapidamente l’arco elettrico che può formarsi all’apertura del circuito, ed inoltre il contenitore è generalmente ceramico, per maggiore solidità.

L’elemento fusibile è, in generale, racchiuso in un contenitore isolante di materiale ceramico, vetro o porcellana, completo di contatti per il collegamento con un supporto (base) e, tramite i morsetti di questo, con il circuito in cui deve essere inserito. L’insieme costituito dall’elemento fusibile, dal contenitore e dai contatti si definisce “cartuccia” e costituisce la parte che deve essere rimossa per la sostituzione dopo l’intervento protettivo. La cartuccia può essere riempita con particolari sostanze inerti, generalmente sabbia di quarzo, aventi la funzione di favorire lo spegnimento dell’arco prodotto dalla rottura dell’elemento fusibile a seguito di una sovracorrente. Le parti fisse per il collegamento al circuito esterno costituiscono la “base”; in talune soluzioni costruttive può anche essere presente un “portacartuccia”, che costituisce una parte amovibile del fusibile prevista per tenere in posto la cartuccia. L’insieme della base e dell’eventuale portacartuccia viene definito “supporto”.

Se nei piccoli fusibili in vetro si può osservare in trasparenza l’integrità del filo, nelle cartucce opache è spesso presente un elemento mobile con molla su un contatto, trattenuto dal filo interno. Se questo si interrompe, l’elemento indicatore si stacca o comunque segnala l’evento.

Nei fusibili a intervento lento, è in uso una tecnica costituita da una molla a spirale in metallo duro, trattenuta in tensione da una saldatura a stagno; se il superamento del valore nominale persiste per un determinato tempo, la temperatura della zona saldata a stagno sale a tal punto da fondere la giunzione, di conseguenza la molla si ritrae e il fusibile risulta interrotto.

Oltre che dalla soglia di corrente in Ampere ed il tipo di cartuccia, la scelta di un fusibile è determinata anche dal potere di interruzione e dalla rapidità di intervento. I modelli per la protezione di impianti elettrici sono in genere lenti, per sopportare le brevissime ma intense sovracorrenti prodotte dall’avviamento di motori elettrici. Modelli ultraveloci vengono invece impiegati per salvaguardare i delicati circuiti a transistor.
Ogni fusibile presenta una sua curva caratteristica, in cui il tempo di intervento è funzione della corrente.

La sostituzione dei fusibili bruciati deve essere effettuata con attenzione, possibilmente togliendo energia elettrica a monte dell’impianto, rispettando il modello originale e soprattutto cercando di comprendere la causa dell’intervento di protezione.

DIMENSIONAMENTO FUSIBILI

I fusibili sono utilizzati per proteggere i circuiti elettrici ed elettronici da eventuali guasti dovuti a sovraccarichi o cortocircuiti.

Sono provvisti di un sottile filo, che si fonde rompendosi, quando vi passa una corrente superiore a una certa soglia, bloccando di conseguenza il passaggio di corrente e interrompendo cioè il circuito, per evitare danni più gravi ad altri componenti.

In altre parole, il fusibile si guasta per evitare che si guastino componenti più costosi.

I parametri

 la corrente nominale, espressa in Ampere (A)
 la tensione nominale, espressa in Volt (V)
 la velocità d’intervento (vedere descrizione di seguito)
 il potere di apertura, espresso in Ampere (A)
 
La corrente nominale

É il valore di corrente, oltrepassato il quale, il filo del fusibile si fonde, bloccando il passaggio di corrente.

La tensione nominale

É il valore massimo di tensione che può venire a trovarsi ai capi del fusibile non appena il filo si spezza. Quindi, nel tipico utilizzo di un fusibile collegato in serie ad una fonte di alimentazione, la tensione nominale deve essere superiore alla fonte di alimentazione.

La velocità d’intervento

Normalmente, la velocità d’intervento non è espressa mediante un valore di tempo, ma si usa classificare i fusibili ultrarapidi,  rapidi, semiritardati,  ritardati e fusibili  super-ritardati.

La caratteristica tempo/corrente è espressa dai seguenti simboli:

FF fusione ultrarapida
F fusione rapida
M fusione semiritardata
T fusione ritardata
TT fusione super ritardata

I modelli ultrarapidi, meno diffusi, sono ancora più veloci dei rapidi, e vengono utilizzati in applicazioni particolari, dove anche un brevissimo picco di corrente superiore alla norma può danneggiare qualcosa.

I modelli rapidi intervengono quasi immediatamente, quando si verifica il sovraccarico.
I modelli semiritardati, meno diffusi, hanno una velocità d’intervento a metà strada tra i rapidi ed i ritardati.
I modelli ritardati, che intervengono con un leggero ritardo, vengono utilizzati nei circuiti che, all’accensione, producono un rapido picco di assorbimento superiore al normale funzionamento (vedi Trasformatori). Se in un circuito del genere si montasse un fusibile rapido, questo interromperebbe il circuito ad ogni accensione, e in altre parole l’apparecchio non si accenderebbe mai. Montando invece un fusibile ritardato, questo non interviene all’atto dell’accensione, poiché il picco iniziale di assorbimento si estingue prima che il fusibile possa intervenire, ma interviene qualora ci fosse un sovraccarico dovuto a un guasto.
Fusione super ritardata intervengono per la protezione di apparecchiature soggette a continui sbalzi di corrente e trovano impiego per la protezione di motori, trasformatori, condensatori ecc.
Il fusibile è un dispositivo di protezione circuitale che grazie alla fusione di una sua parte opportunamente calcolata e dimensionata, apre in modo definitivo il circuito interrompendone la corrente allorché questa supera un dato valore per tempo.
In genere è raccomandabile che il fusibile operi con una corrente continuativa non superiore al 90% della propria corrente nominale, ad una temperatura ambiente di 25°C.
Temperature ambiente più elevate e transienti di corrente riducono prestazioni di un fusibile e devono quindi essere opportunamente valutati secondo il grafico qui riportato.

Le normative internazionali IEC60127 e EN60127 definiscono che il fusibile debba essere identificato attraverso una codifica come riportato nei seguenti esempi:


Corrente nominale (In): corrente che può attraversare il fusibiìe in modo continuativo senza provocarne l’interruzione.
Tensione nominale (Un): tensione entro la quale i fusibile può correttamente interrompere una sovracorrente
Caduta di tensione: tensione misurata ai capi del fusibile dopo che questo è stato percorso dalla propria corrente nominale per tempo sufficiente a garantire la stabilità termica; dove essere misurata in aria ambiente. alla temperatura di 25°C. Valori elevati di caduta di tensione dovranno essere attentamente valutati nel caso di circuiti a tensione molto bassa.
Potere di Interruzione: è la massima corrente che un fusibile ha la capacità di interrompere a tensione nominale:

Alcuni esempi di dicitura del fusibile

T 315mA L 250V     fusibile ritardato da 315mA a 250V

F 1,6A L 250V         fusibile rapido da 1,6A a 250V

FF 1,25A L 250V     fusibile super-rapido da 1,25A a 250V

Potere di apertura del fusibile

Il potere di apertura è la soglia di corrente oltrepassata la quale il fusibile può creare un arco elettrico, e far passare la corrente anche se il filo si spezza.

Ad esempio, il filo di un fusibile con corrente nominale di 1A e con un potere di apertura di 200A si spezza (bloccando il passaggio di corrente) non appena la corrente che lo attraversa supera la soglia di 1A, ma se la corrente supera i 200A, si può formare un arco elettrico che lascia passare ugualmente la corrente. Per evitare questa pericolosa condizione, esistono dei fusibili che hanno al loro interno una polvere spegniarco, ossia una sorta di granelli di sabbia che spengono un arco elettrico, qualora dovesse formarsi. Generalmente il potere di apertura è dell’ordine delle centinaia o migliaia di Ampere, quindi l’utilizzo dei fusibili con polvere spegniarco è destinato soltanto a circuiti particolari, dove esiste la possibilità che si formino correnti così elevate.

Vediamo alcuni tipi di fusibili che troviamo in commercio

Fusibili a tubo in vetro

I fusibili a tubo sono i più economici, e i formati standard più diffusi sono due:

5×20 (ossia 5 mm di diametro e 20 mm di lunghezza)
6,3×32 (ossia 6 mm di diametro e 32 mm di lunghezza)

Esistono anche in versione più piccola 5×15 (ossia 5 mm di diametro e 15 mm di lunghezza) e la produzione è limitata ad alcune aziende ( es. Omega Fusibili)

I fusibili si inseriscono nel circuito, infilandoli in uno zoccolo apposito (portafusibile), in modo che possano essere sostituiti semplicemente estraendoli, senza bisogno di dissaldature.






Nella foto si vede un fusibile 5X20  ingrandito, è possibile vedere il sottile filo interno, che si spezza quando il fusibile interviene

 

 

 

Valori standard disponibili in commercio. Per ciascun valore è normalmente reperibile la versione a 250V e 500V.

Codice colori fusibili un punto (cliccare sulla figura per ingrandire)

Codice colori fusibili a 4 strisce (cliccare sulla figura per ingrandire)

 

Nanofusibili

 

 

 

 

 

 

Norme : UL 198G/CSA 22.2

Tipo : Fusibili super rapidi ”FF” Per schede di circuiti stampati a saldare per costruzioni aperte
Materiale Contenitore : Materiale Ryton R-7 pps
Materiale Fusibile : Clip stagnato e BeCu
Tensione nominale :125 VAC
Potere d’interruzione : 100 A/125 VAC
Marca : LITTELFUSE

SMD

 

 

 

 

Fusibile : UMT 250, Typ 3403.00xx
Tipo : Ritardato T
Caratteristiche : Adatti per saldatura Reflow e ad onda. Contenitore ceramico
Tensione nominale :  250 VAC/125 VDC
Potenza di commutazione : 200 A @ 250 VAC/100 A @ 125 VDC
Saldabilita : 245 °C, 10 s, secondo le norme IEC 60068-2-58
Condizioni limite di saldatura : 260 °C, 10 s, secondo le norme IEC 60068-2-58
Temperatura ambiente -40…+85 °C
I fusibili SMD sono progettati secondo gli standard EIA-PD-100. Il materiale del corpo resistente all’alta temperatura è in grado di resistere a una esposizione per 60 secondi alla temperatura di 215°C.

Fusibili cilindrici per auto

Fusibili di tipo Bosch (noti anche come continentali, siluro, ATS, o fusibili di tipo GBC) sono utilizzati in vecchie automobili (spesso europee). La dimensione fisica di questo tipo di fusibile è 6 × 25 mm con estremità coniche. Questi fusibili di solito utilizzano la stessa codifica a colori per la corrente nominale. La norma è DIN 72581/1.



Fusibili speciali tipo ANL  – AGU –  AFC(miniANL)

Fusibili per trazione TRA e TRB Norme DIN 43560/1

Si tratta di fusibili per grandi correnti, sono progettati per la protezione delle batterie ed utilizzati generalmente negli impianti elettrici HiFi delle automobili, muletti, montacarichi ecc.. La tensione di utilizzo è di 80 V in CC.

I fusibili per trazione sono ideali per la protezione di apparecchiature alimentate da batterie (ad esempio muletti). Essi sono disponibili in due versioni :

serie “TRA” costituita da  corpo non isolato solo elemento fusibile

serie “TRB” con corpo ceramico con una finestra che permette di verificare lo stato del fusibile.

Caratteristiche:

Fusione:     rapida

Passo:        60mm

Elemento fusibile:    zinco (35÷80A)    rame (100÷425A)

ANL

Fusibile adatto per installazione a bordo delle barche a benzina (35-500 ampère) per il sistema di alimentazione audio ed è anche usato nei camion negli elevatori ed altri sistemi a batterie. . Indicazione visibile dell stato del fusibile.

Il potere di interruzione è di 6.000 ampère (AIC). Tensione massima: 32 volt in CC

Progettato per i carichi e applicazioni pesanti. Le parti del metallo placcate argento resistono alla corrosione.

La finestra di vetro permette l’osservazione dell’elemento fusibile. Correnti nominali  60, 70, 80, 100, 130, 150, 175, 200, 225, 250, 275, 300, 325, 350, 400 e 500A  e oltre.

Finestra speciale di vista per controllo facile del fusibile.

AGU

Fusibili Dorati in vetro per utilizzo Hi-Fi Car.
Sono disponibili in sei differenti valori di corrente nominale:
Dimensione meccanica: 10.3 x 38.1mm

Tipo di MFB: Cappucci: ottone con nichel. – Elemento fusibile: lega di zinco – Corpo: tubo di vetro

Tipo di MFU: Cappucci: ottone con oro rifinito – Elemento: fusibile: lega di zinco – Corpo: tubo di vetro

Tipo di MFL: Cappucci: ottone con oro rifinito – Elemento fusibile: lega di zinco placcato oro- Corpo: tubo di vetro

Tipo di MFE: Cappucci: nichel  Elemento: lega d’argento – Corpo: tubo di ceramica

Correnti Nominali: 20, 30, 40, 50, 60, 70 Ampere e oltre.

AFC

I fusibili denominati AFC o MiniANL sono le più piccole versioni del fusibile di ANL. Sono simili nella figura e sono molto versatili. Amperaggio disponibile fino a 200A rende il Mini-ANL un fusibile molto popolare.

Fusibile con intelaiatura trasparente  per la facile verifica della integrità.

Correnti Nominali: 20, 30, 40, 50, 60, 80 Ampere e oltre.

 


Fusibili a lama (ATC)

Si tratta di fusibili per medie correnti, utilizzati generalmente negli impianti elettrici delle automobili.
La tensione è normalmente di 24V Max 32V.
Sono universalmente adoperati e forniscono innumerevoli vantaggi in tutti i settori inerenti i cablaggi elettrici, le apparecchiature elettriche, elettromeccaniche ed elettroniche. Nel campo dell’elettronica vengono utilizzati solo in particolari circuiti ad alta potenza.

Costruzione: I fusibili  sono composti da un guscio termoplastico e da una lamina in lega di zinco. La parte plastica , per i fusibili bilama nelle versioni mini, midi e maxi è in policarbonato trasparente, nelle varie colorazioni secondo l’amperaggio.
Il corpo conduttore è composto da una lamina in lega di zinco,ricavato in un unico pezzo mediante tranciatura .

Materiali utilizzati: Ottone (Cu Zn)  materia prima più utilizzata nel settore delle connessioni elettriche, con o senza il trattamento che ne protegga la superficie.

Codice colori fusibili per automobili a lama “Blade” mini

 

Introdotto in 1989 per rispondere alla necessità di produrre un numero più grande di collegamenti  senza utilizzare più spazio.

 

 

 


Codice colori fusibili per automobili a lama “Blade” medio

Inoltre conosciuto come fusibili  ATO. Introdotto in 1976 e presto diventa il  fusibile internazionale. Attualmente si trova sulla maggior parte delle automobili, autotreni, bus e  veicoli stradali in tutto il mondo. I fusibili hanno una classificazione in base al colore standard e alla corrente ( ampère ).


Codice colori fusibili per automobili a lama “Blade” maxi

I fusibili di MAXI soprattutto sono utilizzati  per proteggere i collegamenti di un cablaggio elettrico  a forti correnti .

 

 

 


Fusibili autoripristinanti

Si tratta di fusibili che intervengono interrompendo un circuito al superamento di una corrente, ma che si ripristinano, consentendo di nuovo il passaggio di corrente, quando viene meno la causa che aveva provocato l’intervento.

In effetti il suo funzionamento è nettamente diverso dai precedenti modelli, in quanto non ha un filo che fonde, ma la sua resistenza, normalmente molto bassa, diventa molto alta in caso di sovraccarico.In pratica sono costituiti da un resistore PTC (Positive Temperature Coefficient) ovvero un resistore il cui valore di resistenza aumenta con la temperatura. Al superamento di un valore di corrente, l’aumento di temperatura causa un aumento di resistenza, che a sua volta causa un aumento dell’effetto Joule e così via, con effetto valanga.

 

 

Fusibili termici cut-offs (TCO)

Questo tipo di fusibili ha un funzionamento totalmente diverso dai precedenti. Infatti non s’interrompe quando si verifica un sovraccarico, ma quando la temperatura a cui è sottoposto supera una certa soglia.
Si trova spesso già integrato all’interno nei ferro da stiro e in alcuni trasformatori di alimentazione, ed interrompe il circuito se la temperatura  supera il normale livello di funzionamento, quindi in caso di guasto.
Le prestazioni possono essere influenzate dal metodo dell’installazione e dalla posizione adeguata del terminale. Sia l’applicazione che l’installazione sono importanti nelle prestazioni generali del prodotto ed un test completo è necessario per sia le applicazioni di CC che di CA.

 

Saldatura fusibili TCO

I reofori (terminali) del TCO dovrebbero essere raffreddati durante il procedimento di saldatura . Se il calore eccessivo è trasmesso ai terminali, esso può ridurre la durata del TCO. Inoltre, la temperatura eccessive dei terminali può danneggiare la resina epossidica e possibilmente inibire il TCO ad aprirsi. Se la resina epossidica dei terminali  cambia la forma bisogna abbassare la temperatura di saldatura .
Esistono diversi valori della temperatura d’intervento,  a seconda del costruttore, normalmente compresi  tra 70°C e 240°C.
La tabella sotto visualizza i valori di temperatura e relativo codice colore per TCO da 15 A della Fuji Terminal.

Temperatura massima  di lavoro dei TCO (apertura)