Fusibili.

I loro "segreti" per un buon progetto.

In commercio esistono ormai innumerevoli tipologie di fusibili. Ho realizzato questo breve tutorial su un componente molto comune che però a scuola viene dato per ovvio e nel mondo del lavoro spesso è un componente che non si deve bruciare per la soddisfazione del cliente!!!

Spero possa esservi utile. Sono alla mia prima esperienza e quindi suggerimenti per ampliamenti e integrazioni sono gradite.

 

Introduzione

I fusibili sono una delle possibili forme di protezione da sovracorrente.Vengono utilizzati per proteggere cavi elettrici, dispositivi elettrici (motori, trasformatori,batterie ecc.) e circuiti elettronici.
Basta osservarsi attorno per accorgersi che i fusibili esistenti sul mercato sono di svariate tipologie per soddisfare tutti i suoi possibili impieghi.

 

Quale fusibile utilizzare:

Per poter scegliere il fusibile più adatto alle nostre esigenze bisogna quindi considerare:

- tipologia d'intervento;

- tipologia contenitore;

- parametri elettrici.

 
 Tipologia d'intervento:

Nella maggior parte dei casi il fusibile assolve al suo compito guastandosi.
Questa tipologia di fusibili è maggiormente utilizzata perchè più nota e vengono definiti "fusibili d'isolamento".
Essi sono costituiti da un sottile conduttore, racchiuso in un involucro, che fonde per effetto termico della sovracorrente.

Esiste un'altra tipologia di fusibili denominati "autoripristinanti". Essi sono costruiti con funzionamento e aspetto molto simile a resistori PTC (Resitore a coefficiente termico positivo), ma a differenza da questi ultimi cambiano molto rapidamente da uno stato di bassa resistenza a uno stato di alta resistenza superata la loro soglia di corrente. Ripristinata la sovracorrente, autonomamente ripristinano lo stato di bassa resistenza e quindi il circuito.

Modem, telefoni, centrali antifurto e antincendio, alimentatori con batteria tampone e altre applicazioni nelle quali una definitiva interruzione del circuito creerebbe forti disagi utilizzano spesso fusibili autoripristinanti oltre al normale uso di fusibili di isolamento.Nel caso di modem e telefoni ad esempio è facile trovare un fusibile d'isolamento nel circuito di alimentazione e un fusibile autoripristinante abbinato a una protezione da sovratensione sulla linea telefonica.Nel caso di alimentatori ,centrali di allarme furto o incendio i fusibili autoripristinanti vengono a volte usati per proteggere i circuiti d'uscita nel tentativo di renderli "immuni" a cortorcuiti ed errori di cablaggio. A monte di tutto è sempre presente il fusibile d'isolamento che viene usata come protezione generale.

  
Tipologia contenitore:

Sotto le foto delle principali tipologie di contenitori usate in ambito elettronico:

- Fusibili 5x20: sono fusibili di tipo cilindrico possono avere il contenitore in vetro o ceramica. Il loro nome è l'abbreviazione delle dimensioni del fusibile stesso (5mm di diametro e 20mm di lunghezza). Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 250V. Alcune case forniscono, come accessorio, capsule con reofori per poter saldare il fusibile direttamente sul circuito stampato.                                                                               

    

     Fusibili 5x20 in vetro        Fusibili 5x20 in ceramica

  

 - Fusibili 6,3x32: sono fusibili di tipo cilindrico possono avere il contenitore in vetro o ceramica. Il loro nome è l'abbreviazione delle dimensioni del fusibile stesso (6,3mm di diametro e 32mm di lunghezza). Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 250V (contenitore in vetro) oppure in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 500v (contenitore in ceramica). Alcune case forniscono, come accessorio, capsule con reofori per poter saldare il fusibile direttamente sul circuito stampato.

      

        Fusibili 6,3x32 in vetro

 

- Fusibili lamellari: sono fusibili con contenitore plastico con contatti a lama di tipo faston da 6,3mm oppure 2,8mm. Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 32-58V .Vengono utilizzati in ambito automobilistico o circuiti elettronici con elevati amperaggi (amplificatori audio per auto, inverter 12V/220V, centraline controllo trazione di biciclette elettriche e lavapavimenti ecc.)

  

       Fusibile lamellare faston 6,3mm 

 

- Fusibili conici: sono fusibili con contenitore plastico cilindrico con contatti conici alle estremità. Sono ormai inutilizzati perchè sostituiti dai fusibili lamellari. Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 32-58V .

    

                      Fusibili conici

 

- Microfusibili: sono fusibili da circuito stampato e quindi a saldare. Il contenitore è plastico generalmente di colore rosso o nero e può essere di tipo cilindrico (altezza 7,7 mm e diametro 8 mm) oppure a forma di parallepipedo (altezza 7,7mm larghezza 8,35mm e profondità 4mm). Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 250V.  

       

             Microfusibili

 

- Picofusibili: sono fusibili da circuito stampato e quindi a saldare. Il contenitore è plastico di dimensione e forma simile a una resistenza 1/2w. Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 125V.  

    

                        Picofusibili 

 

- Fusibili 3,6x10: sono fusibili da circuito stampato e quindi a saldare. Hanno un contenitore in vetro con diametro 3,6mm lunghezza 10mm. Alle estremità sono corredati di capsule con reofori. A volte vengono forniti con tubetti di guaina isolante. Possono essere utilizzati in circuiti dove sia applicata una tensione inferiore ai 125V.  

   

                         Fusibili 3,6x10

 

- Fusibili SMD: sono fusibili da circuito stampato e quindi a saldare e sono caratterizzati dalle dimensioni particolarmente ridotte. Sono costituiti da un supporto in ceramica dove superficialmente viene depositato uno strato metallico che fonde per effeto termico come i filamenti dei fusibili sopra decritti. Questo fusibile smd è molto simile per dimensioni e aspetto a una resitenza smd ma esistono altre tipologie di fusibile smd nellle quali il fusibile viene racchiuso in un contenitore di vetro o ceramica.

Nei manuali dei vari costruttori si consiglia un'esposizione alla temperatura di 215° per un tempo massimo di 60 secondi o alla temperatura di 260° per 10 secondi max. Possono essere utilizzati con tensioni inferiore al range 32V-250V in base al tipo.  

               

                       Fusibili smd                                            Fusibili smd ceramici 

 

- Fusibili Autoripristinanti: sono fusibili da circuito stampato e quindi a saldare. Il contenitore e solitamente a forma di dischetto di diametro 10 o 20 mm con reofori radiali. Esistono anche fusibili con contenitore di forma rettangolare o smd. Possono essere utilizzati con tensioni inferiore al range 16V-600V in base al tipo. 

   

             Fusibili autoripristinanti radiali

 Parametri elettrici

Per poter correttamente dimensionare la protezione tramite fusibile bisogna valutare attentamente i seguenti parametri:

- la corrente nominale: è espressa in Ampere (A) ed è il valore di soglia oltre il quale interviene il fusibile. Nel caso di fusibili autoriprisinanti il valore di corrente nominale viene sostituito da due valori: 

IH (Hold current) è la corrente di tenuta cioè è la massima corrente di non intervento del fusibile alla temperatura di 23°

 IT (Trip current) è la corrente d'intervento cioè è la minima corrente alla quale il fusibile alla temperatura di 23° interviene sicuramente.

- la tensione nominale: è espressa in Volt (V) ed è il valore massimo dell'alimentazione che il fusibile può interrompere;

- la velocità d'intervento: è un paramentro strettamente legato alla corrente di guasto. Nel caso dei fusibili d'isolamento indica il tempo di fusione del filamento e viene rappresentato con lettere. Nel caso di fusibili cilindrici di vetro o ceramici 5x20 e 6,3x32 e microfusibili da circuito stampato le sigle riportate sui fusibili:

T   => fusibile ritardato

M  => fusibile semirapido

F   => fusibile rapido

FF  => fusibile super-rapido

Nel caso di fusibili autoripristinanti, invece, bisogna fare riferimento alle curve fornite nei datasheets dei singoli fusibili.

- il potere d'interruzione: è espresso in Ampere (A) ed è il massimo valore di corrente che può essere interrotto ed vincolato al tipo di fusibile. Nel caso in cui, per errata scelta, il potere d'interruzione sia inferiore alla corrente di guasto il transito di corrente potrebbe non venire interrotto. Nel caso dei fusibili d'isolamento si andrebbe infatti a creare un'arco elettrico il quale continua a far circolare la corrente. Inoltre tale arco produce calore e spesso porta rotture del contenitore del fusibile.

 

 

Alcune considerazioni:

Valori commerciali di corrente nominale:

Ogni singola tipologia di fusibile ha valori differenti sia per potere d'interruzione, sia per tensione nominale e purtroppo ci sono alcune differenze anche nel range dei valori di corrente nominale. I valori sono abbastanza standardizzati e simili per tipologia di fusibile. ma come si vede nell'esempio delle due tabelle il valore 25A esiste come fusibile 6,3x32 ma non esiste come fusibile 5x20

Nella tabella sotto ho riportato i valori di corrente nominale per i fusibili cilindrici 5x20 SF (rapido contenitore in vetro) della OMEGA:

 50mA     63mA     80mA   100mA   125mA   160mA   200mA   250mA  315mA  400mA 

500mA  630mA   800mA    1A        1,25A       1,6A         2A        2,5A     3,15A      4A    

   5A       6,3A        8A          10A   

se andiamo a leggere i valori di corrente nominale per i fusibili cilindrici 5x20 ST (ritardato contenitore in vetro) sempre della OMEGA nella tabella troviamo anche i valori 32mA 40mA. Se ci occorre un fusibile 25A dobbiamo ripiegare ad esempio su un fusibile  6,3x32 oppure su un fusibile 5x20 in ceramica.

Molto importante non trascurare nella scelta del valore commerciale di corrente nominale del nostro fusibile che il valore nominale è generalmente specifcato per la temperatura d'esercizio di 23°C. Quindi se il fusibile nel nostro progetto, ad esempio, si trova esposto alla dissipazione di calore di un componente adiacente è importante stimare la reale temperatura d'esercizio e verificare, tramite il grafico temperatura/corrente reperibile nel manuale tecnico del costruttore, il reale valore della corrente nominale di quel fusibile nel nostro circuito.

Fusibili d'isolamento o fusibili autoripristinanti:

Sicuramente i fusibili d'isolamento sono i più diffusi perchè come ho detto sono molto più conosciuti. I fusibili autoripristinanti però hanno il vantaggio di nondover essere sostituiti infatti si ripristina al termine del sovracarico. Sicuramente un uso molto comune del fusibile autoripristinante è di fusibile secondario. In molti caso ho visto il fusibile autoripristinante che protegge singoli circuiti a monte di tutto, nel circuito d'alimentazione, un fusibile d'isolamento come protezione generale. In alcune apparecchiature commerciali alimentate a 220V troviamo solo il fusibile autoripristinante ma nelle avvertenze allegate all'apparecchiatura il costruttore ci impone di utilizzare un'adeguata protezione a monte.

Potere d'interruzione:

Il potere d'interruzione è la massima corrente che il fusibile può interrompere in sicurezza. Se si supera questo valore potrebbe innescarsi un'arco che permetterebbe alla corrente di continuare a circolare anche dopo l'intervento del fusibile. L'arco inoltre andrebbe a produrre un surriscaldamento del contenitore con pericolo di rotture.  montando ad esempio un fusibile 5x20 sull'alimentazione 220Vac in caso di guasto la corrente di cortocircuito sarà 220v/resistenza dei cavi di alimentazione. Il potere d'interruzione del fusibili 5x20 di vetro è di soli 35A e quindi molto inferiore alla corrente di guasto. Risultato nel fusibile s'innesca l'arco,l'interno del fusibile diventa nera e a volte si ottiene una vera e propria esplosione del tubetto di vetro.

Esempio pratico: 

 Protezione del primario di un trasformatore per alimentatore stabilizzato da laboratorio.

Corrente nominale leggendo dal valore di targa del trasformatore leggiamo 300mA. il primo valore commerciale è di 315mA. Tenendo un margine di 10-15% di tolleranza sarebbe opportuno scegliere il valore successivo 400mA.

Tensione nominale in questo caso è 230V corrente alternata quindi il fusibili dovrà avere almeno 250V di tensione nominale (Enel, normalmente, garantisce da contratto 230V +5% / -10%)

Velocità d'intervento: essendo il trasformatore un caricho induttivo ha un notevole spunto di corrente all'accensione. E' quindi opportuno scegliere un fusibile dall'intervento "lento". Se ad esempio usiamo un fusibile 5x20 questo sarà di tipo ritardato e quindi contraddistinto dalla lettera "T".

Potere d'interruzione: come scritto è la massima corrente che il fusibile può interrompere in sicurezza. In caso di guasto la corrente di cortocircuito sarà 220v/resistenza cavi di alimentazione. Sono sicuramente da evitare i normali fusibili di vetro che hanno potere d'interruzione di soli 35A e optare per fusibili 5x20 in ceramica che hanno potere d'interruzione di 1500A.

Il nostro fusibile di tipo cilindrico 5x20mm in ceramica avrà la dicitura seguente: T400mA  H 250V

T => fusibile ritardato

400mA => corrente nominale

H => potere interruzione 1500A

250V => Tensione nominale

 

 

 

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