Tipi di fusibili

Ogni impianto elettrico funziona in equilibrio tra energia fornita e consumata. Quando la tensione viene applicata a un circuito elettrico, viene applicata a una certa resistenza nel circuito. Di conseguenza, in base alla legge di Ohm, viene generata una corrente a causa dell'azione di cui viene svolto il lavoro.

In caso di difetti di isolamento, errori di montaggio, modalità di emergenza, la resistenza del circuito elettrico diminuisce gradualmente o diminuisce bruscamente. Ciò comporta un corrispondente aumento di corrente che, superando il valore nominale, provoca danni alle apparecchiature e alle persone.

I problemi di sicurezza sono sempre stati e saranno sempre rilevanti quando si utilizza l'energia elettrica. Pertanto, viene costantemente prestata particolare attenzione ai dispositivi di protezione. I primi progetti di questo tipo, chiamati fusibili, sono ancora ampiamente utilizzati oggi.

Il fusibile elettrico fa parte del circuito di lavoro, è tagliato sulla sezione del cavo di alimentazione, deve sopportare in modo affidabile il carico di lavoro e proteggere il circuito dal verificarsi di correnti eccessive.Questa funzione è alla base della classificazione della corrente nominale.

Secondo il principio di funzionamento applicato e il metodo di interruzione del circuito, tutti i fusibili sono divisi in 4 gruppi:

1. con fusibile;

2. progettazione elettromeccanica;

3. Basato su componenti elettronici;

4. modelli autoriparanti con proprietà reversibili non lineari dopo l'azione di sovracorrente.

Collegamento caldo

I fusibili di questo design includono un elemento conduttivo che, sotto l'azione di una corrente che supera il valore nominale impostato, si scioglie per surriscaldamento ed evapora. Questo rimuove la tensione dal circuito e lo protegge.

I fusibili possono essere costituiti da metalli come rame, piombo, ferro, zinco o alcune leghe che hanno un coefficiente di dilatazione termica che fornisce le proprietà protettive delle apparecchiature elettriche.

Le caratteristiche di riscaldamento e raffreddamento dei cavi per apparecchiature elettriche in condizioni operative stazionarie sono mostrate nella figura.

Il funzionamento del fusibile al carico di progetto è assicurato creando un affidabile equilibrio termico tra il calore rilasciato sul metallo dal passaggio di una corrente elettrica di esercizio attraverso di esso e la rimozione di calore nell'ambiente per dissipazione.

In caso di modalità di emergenza, questo equilibrio viene rapidamente disturbato.

La parte metallica del fusibile aumenta il valore della sua resistenza attiva quando riscaldata. Ciò si traduce in un maggiore riscaldamento in quanto il calore generato è direttamente proporzionale al valore di I2R. Allo stesso tempo, la resistenza e la generazione di calore aumentano nuovamente. Il processo continua come una valanga fino a quando si verifica la fusione, l'ebollizione e la distruzione meccanica della miccia.

Quando il circuito si interrompe, c'è un arco elettrico all'interno del fusibile. Fino al momento della completa scomparsa, lo attraversa una corrente pericolosa per l'impianto, che cambia secondo la caratteristica mostrata nella figura sottostante.

Il principale parametro di funzionamento del fusibile è la sua corrente caratteristica nel tempo, che determina la dipendenza del multiplo della corrente di emergenza (rispetto al valore nominale) dal tempo di risposta.

Per accelerare il funzionamento del fusibile a basse velocità di correnti di emergenza, vengono utilizzate tecniche speciali:

• creare forme a sezione trasversale variabile con aree di area ridotta;

• utilizzando l'effetto metallurgico.

Cambia scheda

Man mano che le piastre si restringono, la resistenza aumenta e viene generato più calore. Nel normale funzionamento, questa energia ha il tempo di diffondersi uniformemente su tutta la superficie e, in caso di sovraccarico, si creano zone critiche in punti ristretti. La loro temperatura raggiunge rapidamente uno stato in cui il metallo si scioglie e interrompe il circuito elettrico.

Per aumentare la velocità, le lastre sono realizzate in lamina sottile e vengono utilizzate in più strati collegati in parallelo. Bruciare ogni area di uno degli strati accelera l'operazione protettiva.

Il principio dell'effetto metallurgico

Si basa sulla proprietà di alcuni metalli a basso punto di fusione, ad esempio piombo o stagno, di dissolvere più rame refrattario, argento e alcune leghe nella loro struttura.

Per fare ciò, vengono applicate gocce di stagno ai fili intrecciati da cui è realizzato il collegamento fusibile.Alla temperatura consentita del metallo dei fili, questi additivi non creano alcun effetto, ma in modalità di emergenza si sciolgono rapidamente, dissolvono parte del metallo di base e forniscono un'accelerazione del funzionamento del fusibile.

L'efficacia di questo metodo si manifesta solo su fili sottili e diminuisce significativamente con l'aumentare della loro sezione trasversale.

Il principale svantaggio di un fusibile è che quando viene attivato, deve essere sostituito manualmente con uno nuovo. Ciò richiede il mantenimento delle loro scorte.

Fusibili elettromeccanici

Il principio di tagliare un dispositivo di protezione nel cavo di alimentazione e assicurarne l'interruzione per alleviare la tensione consente di classificare i prodotti elettromeccanici creati per questo come fusibili. Tuttavia, la maggior parte degli elettricisti li classifica in una classe separata e li chiama interruttori o abbreviato come macchine automatiche.

Durante il loro funzionamento, un apposito sensore monitora costantemente il valore della corrente passante. Dopo aver raggiunto un valore critico, viene inviato un segnale di controllo all'azionamento: una molla caricata da un rilascio termico o magnetico.

Fusibili dei componenti elettronici

In questi progetti, la funzione di protezione del circuito elettrico è assunta da interruttori elettronici senza contatto basati su dispositivi a semiconduttore di potenza di diodi, transistor o tiristori.

Questi sono chiamati fusibili elettronici (EP) o moduli di controllo e commutazione della corrente (MKKT).

Ad esempio, la figura mostra uno schema a blocchi che mostra il principio di funzionamento di un fusibile a transistor.

Il circuito di controllo di tale fusibile rimuove il segnale del valore di corrente misurato dallo shunt resistivo.Viene modificato e applicato all'ingresso del gate a semiconduttore isolato Transistor ad effetto di campo tipo MOSFET. 

Quando la corrente attraverso il fusibile inizia a superare il valore consentito, il cancello si chiude e il carico viene spento. In questo caso, il fusibile viene commutato in modalità autobloccante.

Se nel circuito viene utilizzata molta videosorveglianza, diventa difficile determinare il fusibile bruciato. Per facilitarne l'individuazione è stata introdotta la funzione di segnalazione "Allarme" rilevabile dal lampeggio del LED o dall'attivazione di un relè fisso o elettromeccanico.

Tali fusibili elettronici sono ad azione rapida, il loro tempo di risposta non supera i 30 millisecondi.

Lo schema sopra discusso è considerato semplice, può essere notevolmente ampliato con nuove funzioni aggiuntive:

• monitoraggio continuo della corrente nel circuito di carico con formazione di comandi di spegnimento quando la corrente supera il 30% del valore nominale;

• spegnimento della zona protetta in caso di cortocircuiti o sovraccarichi con segnale quando la corrente nel carico aumenta oltre il 10% dell'impostazione impostata;

• protezione dell'elemento di potenza del transistor in caso di temperature superiori a 100 gradi.

Per tali schemi, i moduli ICKT utilizzati sono divisi in 4 gruppi di tempi di risposta. I dispositivi più veloci sono classificati come classe «0». Interrompono le correnti che superano l'impostazione del 50% fino a 5 ms, del 300% in 1,5 ms, del 400% in 10 μs.

Fusibili autoriparanti

Questi dispositivi di protezione differiscono dai fusibili in quanto dopo lo spegnimento del carico di emergenza, mantengono la loro operatività per un ulteriore uso ripetuto.Ecco perché sono stati chiamati autoguarigione.

Il design si basa su materiali polimerici con un coefficiente di temperatura positivo di resistenza elettrica. Hanno una struttura reticolare cristallina in condizioni normali e normali e si trasformano bruscamente in uno stato amorfo quando riscaldati.

La caratteristica di intervento di un tale fusibile è solitamente data come il logaritmo della resistenza rispetto alla temperatura del materiale.

Quando un polimero ha un reticolo cristallino, è buono, come un metallo, per condurre l'elettricità. Nello stato amorfo, la conduttività è significativamente degradata, il che garantisce che il carico venga spento quando si verifica una modalità anomala.

Tali fusibili sono utilizzati nei dispositivi di protezione per eliminare il verificarsi di sovraccarichi ripetuti quando la sostituzione del fusibile o le azioni manuali dell'operatore sono difficili. È il campo dei dispositivi elettronici automatici ampiamente utilizzati nella tecnologia informatica, nei dispositivi mobili, nella tecnologia di misurazione e medica e nei veicoli.

Il funzionamento affidabile dei fusibili autoripristinanti è influenzato dalla temperatura ambiente e dalla quantità di corrente che lo attraversa. Per essere contabilizzati sono state introdotte condizioni tecniche:

• corrente di trasmissione, definita come il valore massimo alla temperatura di +23 gradi Celsius, che non fa scattare il dispositivo;

• la corrente di esercizio, come valore minimo che, a parità di temperatura, porta alla transizione del polimero allo stato amorfo;

• il valore massimo della tensione operativa applicata;

• tempo di risposta, misurato dal momento in cui si verifica la corrente di emergenza fino allo spegnimento del carico;

• dissipazione di potenza, che determina la capacità del fusibile a +23 gradi di trasferire calore all'ambiente;

• resistenza iniziale prima del collegamento al lavoro;

• la resistenza raggiunge 1 ora dopo la fine dell'operazione.

I protettori autoriparanti hanno:

• piccole dimensioni;

• risposta rapida;

• Lavoro stabile;

• protezione combinata dei dispositivi da sovraccarico e surriscaldamento;

• nessuna necessità di manutenzione.

Varietà di design dei fusibili

A seconda delle attività, i fusibili vengono creati per funzionare nei circuiti:

• impianti industriali;

• elettrodomestici per uso generale.

Poiché operano in circuiti con tensioni diverse, le custodie sono prodotte con proprietà dielettriche distintive. Secondo questo principio, i fusibili sono divisi in strutture che funzionano:

• con dispositivi a bassa tensione;

• in circuiti fino a 1000 volt compresi;

• nei circuiti di apparecchiature industriali ad alta tensione.

I design speciali includono i fusibili:

• esplosivo;

• perforato;

• con estinzione dell'arco quando il circuito si apre in canali stretti di riempitivi a grana fine o la formazione di autogas o esplosione liquida;

• per veicoli.

La corrente di guasto limitata di un fusibile può variare da frazioni di ampere a kiloampere.

A volte gli elettricisti, invece di un fusibile, installano un filo calibrato nell'alloggiamento. Questo metodo non è raccomandato, perché anche con un'accurata selezione della sezione trasversale, la resistenza elettrica del filo potrebbe differire da quella consigliata a causa delle proprietà del metallo o della lega stessa. Un tale fusibile non funzionerà di sicuro.

Un errore ancora più grande è l'uso accidentale di "insetti" fatti in casa.Sono la causa più comune di incidenti e incendi nel cablaggio elettrico.