COME FUNZIONA IL FUSIBILE

28-02-2017

Viviamo 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 (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.
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) (figura 1).
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.
Viceversa, 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.


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