Fusibile (Guida pratica)

Uno degli aspetti più importanti nella progettazione di sistemi elettronici è la protezione contro le sovracorrenti. Il fusibile elettrico è un componente di sicurezza che permette di proteggere un circuito, o una sua parte, da livelli di corrente troppo alti e quindi serve ad evitare gli effetti di un guasto elettrico. Il fusibile è il primo componente da verificare in presenza di un guasto elettrico. E’ un componente molto economico, svolge un ruolo di protezione dei circuiti e lo troviamo quasi ovunque dagli elettrodomestici alle auto. In questo articolo vedremo in cosa consiste un fusibile, a cosa serve e come sceglierlo.

Cos’è il fusibile

Il fusibile è un dispositivo di protezione contro le sovracorrenti messo a protezione di un circuito e costituito un elemento metallico che, in caso di picchi di corrente, si fonde ed interrompe il circuito. E’ di piccole dimensioni, economico e generalmente provvisto di trasparenze che lo rendono facilmente ispezionabile. Lo troviamo nelle auto, negli elettrodomestici ma più in generale in quasi tutti i dispositivi elettrici. Il fusibile svolge la sua funzione di protezione quando è posto in serie al circuito da proteggere. I fusibili presenti in commercio possono avere diverse forme, dimensioni e caratteristiche ma svolgono sempre l’unico compito di proteggere un circuito dalle sovracorrenti.

A cosa serve il fusibile

Il fusibile serve a proteggere un circuito, oppure una sua parte, nel caso si verifichino delle sovracorrenti. Ogni circuito, infatti, è progettato per svolgere la sua funzione in un certo intervallo di valori di tensione e di corrente. In caso di guasto oppure di un comportamento anomalo nei circuiti si può verificare un picco di corrente. Un picco di corrente si può verificare per svariati motivi come ad esempio un cortocircuito oppure un sovraccarico. Nel normale funzionamento di un circuito è tipico avere delle fluttuazioni di tensione e corrente, tale fluttuazioni però devono essere nei limiti di tolleranza dei componenti utilizzati altrimenti questi potrebbero rompersi o portare a funzionamenti anomali del circuito. Il fusibile serve a protegge un circuito nell’evento di una sovracorrente ed in particolare quando questa supera un certo livello oltre il quale potrebbe creare dei danni irreversibili ai componenti.

Il fusibile viene generalmente posto sulle linee di alimentazione e, quando interviene, interrompe la continuità di una linea come se fosse un interruttore permettendo di preservare il resto della circuteria. Se non venisse inserito un dispositivo di protezione dalle sovracorrenti come il fusibile, in caso di sovraccarico oppure di cortocircuito, il circuito comincerebbe velocemente ad assorbire sempre più corrente, questo porterebbe a conseguenze disastrose portando al cedimento degli isolamenti, a creare ulteriori cortocircuiti, e rovinando irrimediabilmente altri componenti portando anche al rischio del generarsi di fiamme. Il fusibile serve proprio ad evitare di giungere a condizioni critiche che possono essere pericolose per l’utilizzatore e per il dispositivo stesso. Il fusibile è un componente volutamente “debole” all’interno di un circuito e, nel caso di parametri di corrente (ma eventualmente anche di tensione) diversi da quelli nominali con il suo intervento, si “sacrifica” pur di proteggere gli altri componenti.

Come è fatto un fusibile?

Un fusibile è costituito da due terminali collegati tra loro tramite un elemento piuttosto sottile come un filamento metallico conduttore. Il fusibile è fatto così perché è destinato ad essere posto in serie su una linea di alimentazione (o di segnale). Questo elemento altro non è se non una porzione di filo con delle caratteristiche particolari e molto utili in caso di sovracorrente. Nella figura seguente si possono osservare gli elementi costituenti un fusibile ovvero i terminali ed il filamento per due tipologie molto comuni di fusibile cioè quello a cartuccia e quello per automotive.

Sulla base delle caratteristiche del filamento metallico vengono definiti i parametri di un fusibile che vedremo nel paragrafo successivo. Tale elemento rende infatti il fusibile “debole” nel caso di picchi di corrente.

Come funziona il fusibile

Il fusibile funziona come un interruttore automatico che, quando la corrente che lo attraversa è troppo alta, interrompe il circuito a valle ovvero lo seziona dalla sua alimentazione.

Possiamo considerare 3 fasi di funzionamento di un fusibile ovvero la fase di funzionamento normale cioè a regime del circuito, la fase in cui la corrente è nell’intorno della corrente nominale del circuito e la fase in cui la corrente che attraversa il fusibile ha di molto superato la corrente nominale. Consideriamo ai fini della spiegazione del funzionamento del fusibile il circuito mostrato nella figura seguente dove, per semplicità, il circuito a valle del fusibile è rappresentato da un carico resistivo.

Per capire meglio l’andamento della corrente è stato posto in serie, a monte del fusibile, un amperometro per la misura della corrente che circola nel circuito.

Il fusibile, nel funzionamento normale, ovvero in presenza di valori di corrente inferiori alla corrente nominale, assicura continuità tra il circuito a monte e quello a valle del fusibile. Quindi in condizioni normali il fusibile può essere considerato praticamente “trasparente” ai fini dell’analisi del funzionamento di un circuito.

Quando la corrente che attraversa il fusibile si avvicina e supera (di poco) la corrente nominale, il fusibile inizia a surriscaldarsi in maniera importante. In questa fase il filamento del fusibile, date le caratteristiche fisiche del materiale che lo compone, comincia a reagire essendo molto sensibile all’aumento di corrente. In generale i fattori che governano la reazione del filamento sono la conducibilità del materiale e quindi lo spessore del filamento stesso.

Superata la soglia critica di corrente, il filamento del fusibile si rompe interrompendo la continuità con il circuito a valle. Il resto del circuito a valle rimane isolato dall’alimentazione. Il comportamento del fusibile è quello di un interruttore automatico che, una volta superati determinati valori di corrente, “spegne” il resto del circuito.

Nella figura seguente vediamo uno schema di queste tre fasi di funzionamento appena descritte.

Nei fusibili la rottura del filamento avviene per effetto Joule ovvero all’aumentare della corrente l’energia elettrica si trasforma in energia termica che modifica la struttura fisica del filamento fino a rompersi.

Nel caso di sovraccarico oppure corto circuito il fusibile interromperà il circuito prima che la corrente di guasto raggiunga il suo massimo. Dal verificarsi del guasto il fusibile inizia a reagire alla corrente che riceve e possono distinguere due fasi: la prima detta dei pre-arco e la successiva detta di arco.

Nella figura precedente vediamo l’andamento della corrente di guasto e la corrente effettiva che scorre nel circuito all’intervento del fusibile in funzione del tempo cioè quella che viene chiamata la caratteristica tempo-corrente del fusibile.

Le caratteristiche tempo-corrente di un fusibile elettrico descrivono la relazione tra il tempo impiegato dal fusibile per aprirsi (bruciare) e l’entità della corrente che lo attraversa. Queste caratteristiche sono tipicamente rappresentate su un grafico noto come curva tempo-corrente di cui un esempio è mostrato nella figura precedente.

La curva tempo-corrente illustra la risposta di un fusibile alle condizioni di sovracorrente. Mostra i diversi livelli di corrente e il tempo corrispondente impiegato dal fusibile per interrompere il circuito. La curva è suddivisa in diverse regioni o zone, ognuna delle quali indica un comportamento specifico del fusibile.

1. Zona di pre-arco: in questa regione, la corrente è relativamente bassa e il fusibile funziona senza ritardi significativi. Al crescere della corrente cresce la temperatura dell’elemento fusibile che raggiunge il punto di fusione sino a rompersi.
2. Zona di arco: l’elemento è fuso ed interrotto ma la corrente è ancora tale da poter generare un arco elettrico che rende il fusibile ancora conduttivo. Nel frattempo si sono raggiunte temperature sempre più elevate in virtù del calore generato dall’arco che vaporizza il materiale dell’elemento fusibile portando all’estinzione dell’arco e quindi alla completa apertura del circuito.

È importante notare che le caratteristiche tempo-corrente dei fusibili sono non lineari e variano a seconda di fattori quali il tipo di fusibile, la costruzione, la temperatura ambiente e la presenza di eventuali ulteriori fattori specificati dal produttore.

Parametri di un fusibile

I parametri dei fusibili sono:

• Corrente nominale: è il valore di corrente [A] che porta alla fusione del filamento del fusibile. A tale valore di corrente, il filamento fonde e quindi il fusibile interviene interrompendo la continuità con il circuito a valle. Tutte le caratteristiche di corrente di un fusibile fanno riferimento ad una temperatura ambiente di 25°C.
• Tensione nominale: è il valore di tensione [V] massimo entro il quale è assicurato il corretto funzionamento del fusibile ovvero la sua capacità di intervenire adeguatamente.
• Potere di interruzione: è il valore massimo di corrente [A] che il fusibile è in grado di interrompere quando è già avvenuta la fusione del filamento. Tale valore è sempre superiore al valore della corrente nominale. Quando il fusibile è attraversato da una corrente superiore a quella nominale il suo filamento fonde e quindi il circuito è aperto. Tuttavia se il fusibile è attraversato da una corrente molto superiore a quella nominale, nonostante il filamento sia rotto, la corrente potrebbe essere talmente alta che si potrebbero creare degli archi elettrici e quindi la corrente potrebbe fluire nei circuiti a valle. Il potere di interruzione indica quindi il valore massimo di corrente a cui è garantito che il fusibile può garantire l’interruzione del circuito.
• Resistenza nominale a freddo: è il valore di resistenza [Ω] del fusibile quando è percorso da una corrente non superiore al 10% della corrente nominale.
• Caratteristica di fusione I²t: è il valore di energia necessario per far intervenire il fusibile in un tempo molto breve, generalmente inferiore a 10 millisecondi. È espresso in Ampere quadri al secondo [A²sec]. Questo parametro è utile per capire la capacità di intervento di un fusibile in presenza di un surge di corrente ovvero di un impulso molto alto in ampiezza e molto breve in durata. Questo valore viene ottenuto dal fabbricante del fusibile applicando impulsi di corrente della stessa durata (tipicamente 8 millisecondi) ma di intensità sempre crescente finchè il filamento non si rompe.
• Caduta di tensione: è il valore massimo di caduta di tensione [mV] che si ha per via della resistenza equivalente del fusibile quando questo è percorso dalla corrente nominale.
• Materiali: nella scheda dati di un fusibile è tipicamente presente la descrizione del tipo di materiale di cui sono costituiti ovvero il corpo (es. il tubo in vetro), i terminali, il filamento.
• Dimensioni: le tre dimensioni [mm] dell’ingombro del fusibile
• Temperatura di esercizio: il range di temperature [°C] entro il quale il fusibile è in grado di operare correttamente.

Sigla dei fusibili

I fusibili presentano una sigla per la facile identificazione su cui sono riportati:

• Logo del fabbricante
• Velocità di intervento: espressa tramite una delle seguenti lettere TT (oppure RR, fusibile super ritardato), T (oppure R, fusibile ritardato), M (fusibile medio), F (fusibile rapido), FF (oppure AA, fusibile ultrarapido). I fusibili TT sono i più lenti a reagire ad una sovracorrente e quindi ad aprire il circuito mentre i fusibili FF sono quelli più veloci.
• Corrente nominale: espressa in Ampere [A] oppure milliAmpere [mA]
• Potere di interruzione: espressa dalla lettera L (basso) oppure H (alto). L indica che è sufficiente una bassa corrente per avere l’apertura del fusibile mentre H indica che è necessaria un livello alto di corrente per l’apertura del fusibile.
• Tensione nominale: espressa in Volt [V] .

Nella figura seguente vediamo un esempio di sigla di un fusibile a cartuccia.

Un’altra sigla che possiamo trovare sui fusibili è quella relativa al campo di applicazione ed alla destinazione d’uso. È costituita da 2 lettere, la prima minuscola (“a” oppure “g”) ed una seconda maiuscola (“G”, “M”, “R” o “S”, “PV”). Vediamo di seguito il significato di queste due lettere.

• a (associated): tipo di fusibile detto a “campo parziale” oppure “campo ridotto”. L’apertura del fusibile avviene ad una corrente superiore al valore della corrente nominale. Deve essere utilizzato in combinazione con un altro dispositivo di protezione e fornisce unicamente protezione contro i corto-circuiti.
• g (general): tipo di fusibile detto a “pieno campo” e per uso generico. L’apertura del fusibile è garantita per valori di corrente che vanno dal valore nominale al valore di del potere di interruzione. Fornisce protezione contro i corto-circuiti ed i sovraccarichi.
• G: fusibile per la protezione ad uso generico come cavi e conduttori.
• M: fusibile per la protezione specifica dei circuiti che alimentano i motori.
• R oppure S: fusibile per la protezione specifica dei semiconduttori.
• PV: fusibile per la protezione specifica dei circuiti dei sistemi fotovoltaici.

Di seguito alcuni esempi di sigle relative ai fusibili più comuni.

• Fusibile gG: è il fusibile più utilizzato in quanto per applicazioni generiche e posto tipicamente a protezione di cavi e conduttori.
• Fusibile aM: è un fusibile posto a protezione dei circuiti di alimentazione dei motori laddove è necessario tenere conto della corrente di spunto del motore stesso. Tipicamente lo si associa ad un relè con protezione termica per assicurare all’insieme anche la protezione contro i sovraccarichi.
• Fusibile gM: è un fusibile generico posto a protezione dei circuiti di alimentazione dei motori laddove la corrente di spunto del motore non richieda accorgimenti particolari.
• Fusibile gPV: è un fusibile utilizzato negli impianti fotovoltaici per proteggere i pannelli dalle sovracorrenti che si possono presentare in caso di guasto di un modulo oppure di un pannello. Tipicamente utilizzati a protezione delle stringhe sono in grado di intervenire in presenza di sovracorrenti molto basse.

Tipi di fusibile

I fusibili elettrici sono dispositivi di sicurezza progettati per proteggere i circuiti elettrici e le apparecchiature da una corrente eccessiva. Ne esistono di vari tipi, ognuno con le proprie caratteristiche e applicazioni. Ecco alcuni tipi comuni di fusibili elettrici.

Fusibili a cartuccia

Questi fusibili sono costituiti da un corpo cilindrico in vetro, ceramica o altri materiali non conduttivi. Hanno due tappi terminali in metallo e un collegamento fusibile all’interno. I fusibili a cartuccia sono disponibili in diverse dimensioni e correnti nominali, rendendoli adatti a un’ampia gamma di applicazioni.

Fusibili a lama (detti anche a spina)

I fusibili a lama, noti anche come fusibili plug-in, sono comunemente usati nelle applicazioni automotive. Hanno un corpo in plastica con due punte metalliche che si inseriscono in un portafusibili. I fusibili a lama sono disponibili in varie correnti nominali e vengono generalmente utilizzati nei veicoli, nell’elettronica di consumo e nelle applicazioni a bassa potenza.

Fusibili ripristinabili (PTC)

Questi fusibili, noti anche come dispositivi polimerici a coefficiente di temperatura positivo (PTC) o fusibili ripristinabili, sono progettati per ripristinarsi automaticamente dopo una condizione di guasto. Hanno un materiale a base ceramica o polimerica che presenta un’elevata resistenza alle normali temperature di esercizio ma aumenta la resistenza quando la corrente supera il valore nominale. I fusibili ripristinabili sono comunemente usati nei dispositivi elettronici e nelle applicazioni in cui si desidera il ripristino automatico.

Fusibili termici

I fusibili termici, noti anche come interruttori termici, sono progettati per proteggere dal surriscaldamento. Contengono una lega fusibile o un materiale termosensibile che fonde ed apre il circuito quando la temperatura supera una certa soglia. I fusibili termici sono comunemente usati in apparecchi di riscaldamento, motori, trasformatori e altri dispositivi in ​​cui il controllo della temperatura è fondamentale.

Fusibili a semiconduttore

Questi fusibili sono specificamente progettati per proteggere i dispositivi a semiconduttore, come diodi, transistor e circuiti integrati, da una corrente eccessiva. I fusibili a semiconduttore hanno tempi di risposta rapidi e sono classificati per bassi valori di corrente per evitare danni ai componenti elettronici sensibili.

Fusibili ad alta tensione

I fusibili ad alta tensione vengono utilizzati nei sistemi di distribuzione dell’energia elettrica per proteggere dalle sovracorrenti. Sono progettati per gestire alti livelli di tensione e grandi flussi di corrente. Nell’immagine sopra vediamo un tipico fusibile ad alta tensione per tensioni in continua pari ad 800 Vcc e corrente nominale pari a 200 A. Tali fusibili possono essere di vario tipo, quali fusibili di espulsione, fusibili limitatori di corrente e fusibili di potenza, ciascuno con caratteristiche e applicazioni specifiche.

Fusibili con percussore

I fusibili con percussore sono utilizzati in combinazione con altri dispositivi per l’interruzione automatica della alimentazione della linea oppure per segnalazione. Sono dotati di un comparto dal quale, quando il fusibile interviene, fuoriesce un pin metallico.

L’azione meccanica di questo pin attiva l’interruzione della linea oppure è utilizzata per accendere un segnale di avviso dell’intervento del fusibile. Internamente al fusibile è presente un sistema a molla che in caso di intervento spinge il pin all’esterno con una certa forza. In questi tipi di fusibili il costruttore riporta nella scheda dati oltre alla dimensione del pin anche la forza con cui fuoriesce.

Fusibili ad alta capacità di rottura

I fusibili ad alta capacità di rottura sono chiamati ACR oppure, dall’inglese, HCR (High Rupturing Capacity). L’elemento fusibile è realizzato in metallo o lega con un punto di fusione elevato. I fusibili ARC sono noti per la loro elevata capacità di rottura, il che significa che sono in grado di interrompere in modo sicuro correnti di guasto elevate. Questa caratteristica garantisce che, anche in caso di guasto grave, il fusibile possa interrompere la corrente senza causare danni o pericoli eccessivi. I fusibili ARC sono progettati per fornire protezione contro cortocircuiti e sovraccarichi con diverse caratteristiche tempo-corrente. A seconda delle caratteristiche che ha imposto il fabbricante questi fusibili sono generalmente in grado di sostenere determinati livelli di corrente per un tempo specifico durante il quale, qualora la corrente rientrasse nei limiti stabiliti il fusibile non interviene.

Come scegliere il fusibile

La scelta del fusibile adatto alla protezione del nostro circuito deve essere svolta molto attentamente. È necessario tenere conto di diversi fattori e tenere conto di tutti i parametri e sigle descritte sin qui in questo articolo.

La scelta del fusibile giusto comporta la considerazione di vari fattori per garantire un’adeguata protezione del circuito elettrico. Ecco una guida passo passo su come scegliere un fusibile:

1. Determina i parametri del circuito. Questi parametri includono la tensione del circuito (V), la corrente (I) e la frequenza. È possibile trovare queste informazioni nelle specifiche del circuito o utilizzando un multimetro per misurare la tensione e la corrente.
2. Calcola la corrente nominale del circuito. Determina la corrente nominale o la corrente media che tipicamente fluirà nel circuito. Questo valore è fondamentale per selezionare un fusibile con una corrente nominale adeguata. È necessario prendere in considerazione fattori come la corrente di spunto o le correnti di avviamento che possono verificarsi durante l’accensione di un motore.
3. Determina il tipo di fusibile. Selezionare il tipo di fusibile appropriato in base alle caratteristiche del circuito e al livello di protezione richiesto. I tipi di fusibili comuni includono fusibili ad azione rapida (F), ad azione ritardati (T) e ad alta capacità di rottura (ARC). I fusibili ad azione rapida forniscono una protezione rapida contro le sovracorrenti, mentre i fusibili ad azione lenta tollerano picchi di corrente temporanei.
4. Scegli la corrente nominale. In base alla corrente nominale e al livello di protezione desiderato, selezionare un fusibile con una corrente nominale leggermente superiore alla normale corrente operativa del circuito, un valore tipico è il 25% in più della corrente nominale. Ad esempio se la corrente nominale è di 4 A, allora sarà utile inserire un fusibile da 5 A (il 25% della corrente nominale del circuito è 1 A). Il margine aggiuntivo aiuta a prevenire falsi scatti dovuti a leggere variazioni di corrente.
5. Considera le condizioni ambientali. Fattori quali temperatura, umidità e altitudine possono influire sulle prestazioni del fusibile. Scegliere un fusibile adatto alle condizioni operative specifiche, assicurandosi che sia in grado di gestire l’intervallo di temperatura previsto e qualsiasi altro fattore ambientale rilevante.
6. Controlla la tensione nominale. Verificare che la tensione nominale del fusibile sia uguale o superiore alla tensione operativa del circuito. Il superamento della tensione nominale può provocare archi elettrici o altri rischi per la sicurezza ed in generale non è assicurato il corretto funzionamento del fusibile.
7. Controlla il valore del potere di interruzione del fusibile. Considerare il livello di corrente di guasto del circuito, che è la corrente massima che il fusibile deve essere in grado di interrompere in modo sicuro. Assicurarsi che il fusibile selezionato abbia un valore nominale di interruzione superiore al livello di corrente di guasto per evitare archi elettrici pericolosi o danni al fusibile.
8. Considera le caratteristiche tempo-corrente. Se è necessaria una protezione temporizzata o ritardata, rivedere le caratteristiche tempo-corrente del fusibile. Queste specifiche indicano per quanto tempo il fusibile può sostenere condizioni di sovracorrente prima di scattare. Far corrispondere le caratteristiche di ritardo desiderate con i requisiti del circuito.
9. Verifica le dimensioni. Considera le dimensioni fisiche e i requisiti per il montaggio del fusibile. Assicurarsi che il fusibile scelto rientri nello spazio disponibile e possa essere montato correttamente nel circuito o, eventualmente, nel portafusibili.
10. Consulta la documentazione del produttore. Consulta la scheda tecnica, il catalogo o le specifiche tecniche del produttore del fusibile per verificare che il fusibile scelto soddisfi tutti i requisiti necessari per il circuito. Se del caso, verifica eventuali certificazioni per il mercato di riferimento (CE per l’Europa, UKCA per il Regno Unito, UL per gli Stati Uniti, CSA per il Canada, etc.).
11. Ricontrolla e installa. Prima di finalizzare la selezione del fusibile, ricontrolla tutte le specifiche e assicurati che siano in linea con i requisiti del circuito. Una volta che hai ricontrollato, installa correttamente il fusibile, seguendo le istruzioni del produttore.

Simbolo grafico del fusibile

I simboli grafici utilizzati per indicare il fusibile negli schemi elettrici, in base alla norma EN 60617 sono i seguenti.

Tipo di resistore	IEC 60617
Fusibile (generico)
Fusibile, lo spessore indica la parte che rimane in tensione dopo l'apertura)
Fusibile con percussore
Interruttore tripolare con apertura automatica comandata da fusibile con percussore

Come capire se un fusibile è bruciato?

Per determinare se un fusibile elettrico è bruciato, è possibile seguire questi passaggi:

1. Rimuovere l’alimentazione dal dispositivo e, successivamente, rimuovere il fusibile
2. Ispezione visiva: nei fusibili a cartuccia o a lama il rivestimento è tipicamente in vetro oppure in plastica e questo per poter visivamente controllare lo stato del fusibile. Se il fusibile è bruciato allora l’elemento fusibile sarà spezzato. Talvolta è possibile anche riscontrare i segni di bruciatura sull’involucro.
3. In alternativa all’ispezione visiva è possibile utilizzare un multimetro e verificare la continuità tra i contatti. Se il fusibile è intatto allora tra i contatti si potrà misurare una resistenza molto bassa (quasi zero) mentre se il fusibile è rotto si riscontrerà una resistenza alta (infinita).

Il fusibile in sintesi

Un fusibile elettrico è un dispositivo di sicurezza utilizzato per proteggere i circuiti elettrici dalla presenza di sovracorrente. Consiste in un filo sottile o una striscia di metallo che si scioglie quando viene attraversato da una corrente eccessiva, interrompendo così il circuito e prevenendo danni all’impianto elettrico o agli elettrodomestici. Il fusibile è alloggiato in un involucro protettivo, spesso in vetro o ceramica, per evitare il contatto con l’ambiente circostante. Una volta fuso, il fusibile deve essere sostituito per ripristinare la funzionalità del circuito. I fusibili sono componenti essenziali negli impianti elettrici in quanto proteggono da cortocircuiti e sovraccarichi, garantendo sicurezza e prevenendo danni alle apparecchiature.