Guida ai fusibili ad alta capacità di interruzione: valori nominali, tipi e protezione dei relè

Un fusibile NH da 100 A con un potere di interruzione di 120 kA e un fusibile da 100 A con un potere di interruzione di 20 kA sembrano quasi identici sullo scaffale, trasportano la stessa corrente in servizio normale e spesso si adattano allo stesso supporto. Si comportano in modo completamente diverso la prima volta che si verifica un cortocircuito e uno di loro può distruggere il pannello per cui è stato acquistato per proteggerlo.

La valutazione che decide questo non è l'amperaggio più grande stampato sulla canna. È il potere di interruzione, confrontato con la corrente di cortocircuito presunta in quel punto esatto dell'impianto, supportato dall'energia lasciata passare e dalla corretta categoria di utilizzo. Le sezioni seguenti spiegano il significato di ciascun campo di classificazione, come il fusibile interrompe un guasto e dove si incontrano fusibili e relè all'interno di un pannello di controllo.

Per cosa è classificato un fusibile ad alta capacità di rottura

HRC sta per elevata capacità di rottura e descrive un fusibile costruito per interrompere correnti di guasto molto più grandi della corrente che trasporta ogni giorno. Un fusibile a lama NH da 100 A può essere testato a 120 kA a 415 V CA. Un MCB domestico ha generalmente una potenza nominale di 6 kA o 10 kA. Se l'impedenza del trasformatore, la lunghezza del cavo e i dati di alimentazione pongono la corrente di cortocircuito prevista a 25 kA sul pannello, un MCB è fuori questione e un fusibile HRC è la risposta normale.

Quattro campi contano. La corrente nominale è una valutazione termica che descrive il funzionamento continuo in un ambiente definito. Il potere di interruzione è il grado di guasto, ovvero la corrente massima che il fusibile può interrompere in sicurezza senza romperne il corpo o il supporto. La tensione nominale, soprattutto nei circuiti DC, non può essere ricavata da una scheda tecnica AC. La categoria di utilizzo indica il tipo di carico che il fusibile è destinato a proteggere.

La terminologia qui crea una vera confusione. La documentazione del Regno Unito e del Commonwealth spesso riporta fusibile HBC, che significa elevato potere di interruzione, e i fusibili BS 88 sono spesso etichettati in questo modo. I documenti IEC preferiscono un'elevata capacità di rottura. I due nomi descrivono lo stesso comportamento, quindi la domanda utile per un fornitore non è cosa dice l'etichetta ma rispetto a quale standard e con quali dati di test è dichiarato il fusibile.

All'interno del fusibile: costruzione e limitazione di corrente

Un fusibile HRC è un dispositivo semplice con pochissime parti. Un corpo ceramico in steatite o porcellana contiene un elemento in argento o rame, solitamente con diverse sezioni ridotte lungo la sua lunghezza. Lo spazio rimanente è riempito ermeticamente con sabbia di quarzo classificata e le estremità sono chiuse da cappucci, etichette o contatti a lama che si agganciano al supporto.

Quando si verifica una faglia, l'elemento fonde nella sezione più stretta e all'interno della sabbia si forma un arco. Il calore fonde la sabbia in una massa vetrosa nota come folgorite, che assorbe energia e fa aumentare vertiginosamente la tensione dell'arco. L’aumento della tensione dell’arco forza la corrente di guasto verso zero entro il primo quarto di ciclo, tipicamente da 4 ms a 6 ms a 50 Hz e raramente più di 10 ms.

Questa azione rapida conferisce ai fusibili HRC il loro attuale carattere limitante. La corrente di picco lasciata passare dai cavi, dalle sbarre collettrici, dai contattori e dai contatti dei relè a valle è una frazione di quella che la rete potrebbe fornire se il guasto potesse svilupparsi liberamente. I contatti che si saldano in caso di guasto illimitato spesso sopravvivono quando il fusibile a monte limita l'energia.

Un errore di lettura frequente: un fusibile che rimane attivo durante l'avviamento del motore non è difettoso. Un motore assorbe da sei a otto volte la sua corrente nominale per alcuni secondi e la curva tempo-corrente di un fusibile gG o mattina viene disegnata deliberatamente per ignorare tale spunto.

Campi di valutazione che decidono se il fusibile funziona

Il primo controllo è la corrente di cortocircuito prevista nella posizione del fusibile. Deriva dall'impedenza del trasformatore di alimentazione, dalla lunghezza e dalla sezione trasversale del cavo, oltre a qualsiasi contributo proveniente da motori o inverter. Il potere di interruzione deve superare tale valore con un margine, non semplicemente eguagliarlo.

Il secondo controllo è l'energia lasciata passare, espressa come valori I2t. C'è un valore di fusione e un valore di eliminazione totale e il valore di eliminazione deve rimanere al di sotto della resistenza del cavo, della sbarra collettrice o del semiconduttore a valle. Per la selettività tra due fusibili gG in serie, un punto di partenza comune è un rapporto di circa 1,6 a 1 tra le correnti nominali a monte e a valle.

Il terzo controllo spesso viene saltato del tutto: il calore. I fusibili dissipano potenza e all'interno di un involucro sigillato la temperatura ambiente può essere ben al di sopra dei 35 gradi C, dove la corrente nominale di un fusibile NH necessita di declassamento.

Il prefisso è importante. Il fusibile di categoria A è a gamma completa e gestisce sia il sovraccarico che il cortocircuito. Un fusibile di categoria A è a portata parziale e deve essere supportato da un altro dispositivo, solitamente un relè di sovraccarico termico in un avviatore motore. L'installazione di un fusibile aM come unica protezione per un cavo rimuove completamente la protezione da sovraccarico.

Tipi e formati di montaggio

• Fusibili a lama NH: costruiti secondo DIN 43620, dimensioni da NH00 a NH4, fino a circa 1250 A e 690 V CA, standard nei quadri di distribuzione industriale e nei quadri principali.
• Fusibili cilindrici: dimensioni 10x38, 14x51 e 22x58, da circa 1 A a 100 A, comuni nei circuiti di controllo, alimentazioni di strumenti e piccoli contenitori.
• Fusibili D e D0: tipi a vite con anelli di calibro che impediscono fisicamente il montaggio di un fusibile di potenza maggiore nello stesso supporto, utili quando esiste il rischio di un sovradimensionamento non autorizzato.
• Fusibili BS 88: ampiamente utilizzati nelle installazioni industriali e nelle apparecchiature legacy del Regno Unito, disponibili in forme imbullonate e a clip.
• Fusibili per semiconduttori: aR e classi simili con I2t molto basso per azionamenti, raddrizzatori e soft starter.
• Fusibili FV e CC: nominali a 1000 V o 1500 V CC per stringhe e rack di batterie, con costruzione interna adatta agli archi CC.

La compatibilità del supporto fa parte della classificazione del fusibile, non una decisione separata sugli accessori. Un fusibile da 120 kA installato in un supporto da 50 kA conferisce all'intera installazione una classificazione di guasto di 50 kA, ed è ciò che l'ispettore registrerà. La stessa logica vale per il sezionatore e per le terminazioni dei cavi.

Coordinamento dei fusibili HRC con i relè nei pannelli di controllo

Un fusibile protegge il circuito, non il relè. Limita l'energia che raggiunge i contatti durante un guasto, ma non fa nulla per la corrente di carico normale. Se un riscaldatore da 16 A viene commutato da un relè con contatti da 5 A, tali contatti falliranno indipendentemente dal fatto che il fusibile a monte abbia una portata nominale di 100 kA o meno. I valori nominali dei contatti devono essere letti per il tipo di carico effettivo, utilizzando AC-1 per carichi resistivi, AC-3 per la commutazione del motore e spesso un valore molto più basso per CC.

Laddove le correnti di carico sono più elevate, la risposta abituale è un relè di potenza con contatti da 30 A o 40 A e una categoria di commutazione definita, protetto a monte da un fusibile HRC dimensionato per il cavo anziché per il relè stesso. La curva del fusibile e la potenza del contatto devono essere esaminate insieme, perché il fusibile è ciò che mantiene l'energia dell'arco al contatto entro un intervallo di sopravvivenza.

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Nelle installazioni su guida DIN, i moduli relè combinano una presa montata su guida con un relè plug-in, in modo che il circuito della bobina e il circuito dei contatti possano essere protetti e sostituiti separatamente. Il modulo occupa una larghezza della guida standard e un relè guasto viene scambiato senza ricablare il pannello o disturbare l'installazione del fusibile.

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I relè bistabili coprono un rischio diverso. Quando un fusibile elimina un guasto, la tensione di controllo solitamente crolla. Un relè standard si diseccita e lo stato della macchina diventa indefinito, mentre un relè ad aggancio magnetico mantiene la sua ultima posizione e può essere ripristinato solo deliberatamente. Questo comportamento è importante nei sistemi in cui un cambiamento imprevisto della posizione dopo uno spostamento potrebbe spostare un meccanismo o perdere un'indicazione.

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Per la commutazione a bassa corrente e alta tensione, vengono utilizzati relè reed al posto dei relè di potenza, spesso su circuiti CC che portano anche un fusibile CC. Le situazioni di commutazione in cui tale abbinamento ha senso sono descritte in questa panoramica di applicazioni con relè reed .

Una pratica sequenza di selezione

1. Confermare se il circuito è CA o CC e registrare la tensione del sistema compresi i livelli transitori.
2. Ottenere la corrente di cortocircuito prevista nella posizione del fusibile dai dati della rete elettrica, del trasformatore o dell'inverter.
3. Abbina la tensione nominale del fusibile al circuito, scegliendo una serie DC per sistemi DC.
4. Dimensionare la corrente nominale dal carico, quindi applicare il declassamento in base alla temperatura ambiente e al raggruppamento dell'armadio.
5. Verificare che il potere di interruzione superi con margine la corrente di cortocircuito presunta.
6. Controllare I2t rispetto alla tenuta a valle e verificare la selettività rispetto al dispositivo di protezione a monte.
7. Verificare che il supporto, il sezionatore e le terminazioni del cavo abbiano lo stesso grado di guasto del fusibile.

Errori comuni sul campo

• Applicazione dei dati sulla tensione CA a un circuito CC, in cui l'arco si comporta in modo molto diverso.
• Sovradimensionare il fusibile per evitare scoppi fastidiosi invece di individuare la causa, come una curva sbagliata o un motore guasto.
• Ignorando I2t quando il dispositivo a valle è un semiconduttore o un contatto relè di bassa potenza.
• Sostituzione di un fusibile senza ispezionare il supporto per tracce, scolorimento o ceramica incrinata.
• Trattare l'HRC come un tipo di prodotto universale quando i fusibili NH, cilindrici, BS 88 e a semiconduttore non sono intercambiabili.
• Rimozione di un fusibile sotto carico senza un sezionatore adeguato.
• Supponendo che un fusibile a portata parziale fornisca da solo la protezione da sovraccarico.

Norme, Schede Tecniche e Verifica

Un fusibile ad alta capacità di interruzione è valido solo quanto lo standard rispetto al quale è stato testato. La norma IEC 60269 riguarda i fusibili a bassa tensione ed è divisa per applicazione, inclusi fusibili industriali generali, fusibili di tipo D, fusibili per semiconduttori e fusibili FV. BS 88 copre la gamma britannica e UL 248 copre la gamma nordamericana. Quando un fornitore indica un potere di interruzione, chiedere a quale tensione è stato verificato e secondo quale norma, perché un valore di 120 kA a 415 V CA non ha peso in un rack di batterie da 600 V CC.

La dissipazione di potenza, le curve di declassamento ambientale e i grafici I2t passanti dovrebbero provenire dalla stessa scheda tecnica del potere di interruzione. Mescolare figure provenienti da fonti diverse è il modo in cui gli errori di coordinazione si insinuano in un disegno su tavola.

Ottenere la giusta protezione

Un fusibile HRC prende il nome in un momento specifico, e quel momento è deciso da tre numeri: potere di interruzione rispetto alla corrente di guasto presunta, I2t rispetto alla tenuta a valle e corrente nominale rispetto al carico reale e all'ambiente reale. I relè si trovano a valle di tale decisione e i loro valori di contatto meritano la stessa cura del fusibile. Se stai abbinando un relè a un circuito protetto e hai bisogno di confermare i valori nominali dei contatti, le tensioni della bobina o il montaggio, le domande che sorgono più spesso durante la fase di preventivo sono raccolte sul nostro Pagina delle domande frequenti .