Fusibili Applicazioni Corrente Continua 6g5n1i

FUSIBILI E APPLICAZIONI IN CORRENTE CONTINUA 0. Introduzione I fusibili costituiscono un dispositivo di protezione universale, utilizzabile sia per applicazioni in corrente alternata (c.a.) che in corrente continua (c.c.). I relativi valori nominali dei parametri elettrici sono comunque differenti nei due casi, ed i valori di solito pubblicati sui cataloghi dei produttori (normalmente forniti in corrente alternata) non sono convertibili con una semplice formula in valori validi per applicazioni in corrente continua. Per meglio comprendere i due differenti tipi di applicazioni, nel proseguo verranno fornite alcune informazioni di tipo generale relativamente alle modalità con le quali un fusibile interrompe le correnti di sovraccarico e di corto circuito. Tutte le caratteristiche dei fusibili e tutti i dati relativi alle loro performance normalmente pubblicate nei cataloghi sono fornite per utilizzo in circuiti in corrente alternata a 50 o 60 Hz. Questo per il semplice motivo che tali tipi di circuiti costituiscono la gran parte delle normali applicazioni. Al contrario, le prestazioni dei fusibili all’interno di circuiti in corrente continua dipendono fortemente dalla costante di tempo del circuito stesso, e possono essere molto diverse da quelle fornite in corrente alternata. Mentre alcuni tipi di fusibili sono normalmente usati in corrente continua per la protezione di circuiti a bassissima tensione, ad esempio nel campo dell’elettronica ed in campo automobilistico, le applicazioni di potenza in c.c. si sono sempre ridotte ad alcune nicchie di mercato (ferrovie, veicoli a batteria, ecc.). Da alcuni anni si stanno sempre più espandendo nuove applicazioni della corrente continua, che richiedono maggiori conoscenze per il corretto utilizzo dei fusibili di protezione. Tra queste nuove e sempre più importanti applicazioni si possono annoverare gli UPS, le stazioni di telecomunicazioni, la generazione di energia dal sole, le celle a combustibile, gli autoveicoli con motori elettrici, ecc.

1. Il processo di interruzione in corrente continua I fusibili possono essere normalmente utilizzati per interrompere sia correnti alternate che correnti continue. In caso di corto circuito, quando i valori delle correnti in gioco risultano molto elevati, i processi fisici di interruzione in corrente alternata ed in corrente continua risultano infatti essere molto simili. Viceversa, in caso di sovraccarico di corrente, i relativi processi di interruzione sono completamente differenti. Mentre, nel caso della corrente alternata, il periodico aggio di essa per il valore zero facilita l’estinzione dell’arco elettrico, nel caso della corrente continua, il fusibile deve assorbire completamente l’energia accumulata durante l’intera durata dell’arco. Di conseguenza, il potere di interruzione in corrente continua è dipen-

dente da tale quantità di energia, cioè dalla costante di tempo del circuito e, di norma, il suo valore è inferiore al relativo valore in corrente alternata. La costante di tempo (T) corrisponde al rapporto fra l’induttanza (L) e la resistenza (R) del circuito in corrente continua. La formula T=L/R ne costituisce quindi un parametro importantissimo, corrispondente al fattore di potenza nei circuiti in corrente alternata. Essa rappresenta la velocità di salita della corrente ed anche la quantità di energia accumulata durante il tempo di fusione dell’elemento fusibile. I fusibili di potenza per bassa tensione (fusibili utilizzati principalmente per applicazioni industriali), in accordo con la normativa CEI EN 60269-2, presentano un valore minimo del potere di interruzione pari a 50kA in c.a. e 25kA in c.c. In particolare, quest’ultimo valore si riferisce ad una costante di tempo convenzionale di 15ms, un valore che è riscontrabile nella maggior parte delle applicazioni industriali. Il potere di interruzione diminuisce al crescere di tale costante di tempo, e viceversa aumenta in circuiti aventi costanti di tempo inferiori.

2. Tensione nominale in corrente continua I portafusibili che presentano delle indicazioni sul prodotto che si riferiscono all’uso in corrente alternata, possono essere utilizzati anche in circuiti in corrente continua. I fusibili dovrebbero invece essere marcati anche con l’indicazione dei valori di riferimento per l’uso in corrente continua. In assenza di tale marcatura, i valori devono essere richiesti al produttore. In linea generale si può affermare che il valore della tensione in c.c. è normalmente inferiore allo stesso valore in c.a. Questo a causa della grande quantità di energia che il fusibile è costretto ad assorbire durante il processo di interruzione. Ad esempio, un fusibile con l’indicazione 500V c.a. potrebbe essere declassato a 250V c.c., ma non esiste purtroppo una regola fissa. In ogni caso, per la maggior parte delle applicazioni in corrente continua, si può considerare come accettabile un declassamento della tensione nominale pari al 50% del valore in corrente alternata.

3. Le caratteristiche tempo-corrente Le curve contenute all’interno dei grafici delle caratteristiche tempo-corrente dei fusibili rappresentano i valori efficaci della loro corrente di fusione. Esse possono essere utilizzate anche nel caso di c.c., ma solo nel caso di condizioni stazionarie, cioè per tempi di fusione pari ad almeno 20 volte la costante di tempo del circuito. In condizioni transitorie, la curva caratteristica tempo-corrente dipende dalla velocità di salita della corrente, cioè dalla costante di tempo. La caratteristica di intervento tempo-corrente in corrente continua, nella parte precedente al raggiungimento dello stato stazionario, può essere derivata dalle caratteristiche date in corrente alternata, a partire da una data costante di tempo. A tal proposito si possono eseguire i seguenti i, considerando la curva di intervento di uno specifico fusibile:

1. Prendere il tempo di fusione per uno specifico valore di corrente, partendo dalle caratteristiche normalmente pubblicate nei cataloghi in corrente alternata; 2. Determinare il numero n di costanti di tempo all’interno di questo tempo di fusione; 3. In funzione del numero n, trovare il fattore di conversione k utilizzando il grafico a fianco; 4. Dividere il valore della corrente individuato al punto 1 per il fattore k, in modo da ottenere il corrispondente valore di corrente in c.c.; Il risultato di questo procedimento, illustrato nella figura a fianco per costanti di tempo di 10ms e 50ms, mostra l’effetto dei parametri di circuito sul tempo di fusione di fusibili utilizzati in circuiti in corrente continua. Per ogni diverso valore di costante di tempo, si ottiene una diversa curva di intervento. Poiché ovviamente tale procedimento è piuttosto complicato, si raccomanda sempre di chiedere consiglio al produttore.