Fusibili DC: Guida tecnica alla protezione dalle sovracorrenti nei sistemi a corrente continua

 

Introduzione: La differenza critica tra c.a. e c.a.p. Fusibili CC

I fusibili in corrente continua rappresentano una tecnologia fondamentalmente diversa rispetto alle loro controparti in corrente alternata, a causa della sfida unica di interrompere gli archi di corrente continua. Mentre la corrente alternata attraversa naturalmente lo zero 120 volte al secondo (a 60 Hz), fornendo punti naturali di estinzione dell'arco, la corrente continua mantiene una tensione costante e deve essere interrotta forzatamente attraverso una progettazione specializzata dei fusibili.

Questa guida tecnica analizza la costruzione dei fusibili in corrente continua, le caratteristiche I²t, i valori nominali di tensione e la selezione specifica per le applicazioni nei sistemi solari fotovoltaici, nell'accumulo di batterie, nei veicoli elettrici, nelle telecomunicazioni e nelle apparecchiature industriali in corrente continua.

Perché la corrente continua richiede fusibili speciali

La sfida dell'estinzione dell'arco:

Quando un fusibile si apre sotto carico, si forma un arco elettrico tra i conduttori che lo separano. Questo arco è essenzialmente un canale di plasma che conduce la corrente attraverso l'aria ionizzata.

Comportamento ad arco in corrente alternata:

La forma d'onda di tensione/corrente CA attraversa lo zero 120 volte/secondo
All'incrocio dello zero: Nessuna tensione = nessuna energia per sostenere l'arco
L'arco si spegne naturalmente ogni 8,3ms
L'elemento del fusibile si raffredda, impedendo una nuova accensione

Comportamento dell'arco CC:

La tensione/corrente CC rimane costante
Nessun attraversamento naturale dello zero
Arco sostenuto indefinitamente da un'alimentazione di energia costante
Le temperature raggiungono i 3000-5000°C
Il plasma dell'arco mantiene la conduttività
Funziona solo la soppressione meccanica/chimica dell'arco

Requisiti di progettazione dei fusibili CC:

Per interrompere gli archi in corrente continua, si utilizzano i fusibili:

1. Scivoli ad arco: Piastre di ceramica che dividono l'arco in segmenti più piccoli
2. Riempimento con sabbia silicea: Assorbe l'energia dell'arco, aumenta la tensione dell'arco
3. Corpi fusibili più lunghi: Maggiore distanza di separazione per l'estinzione dell'arco
4. Punti di costrizione multipli: Creare archi multipli in serie (maggiore caduta di tensione)
5. Corpi in ceramica: Resiste a temperature estreme senza fondere

Conseguenze dell'uso di un fusibile CA su un fusibile CC:

Fusibile CA sul circuito CC (NON FARE COSÌ):
1. Si verifica una condizione di sovraccarico
2. L'elemento del fusibile si scioglie (funzionamento corretto)
3. Si forma un arco tra le estremità fuse
4. Il fusibile CA attende l'attraversamento naturale dello zero per estinguere l'arco
5. La corrente continua non ha un attraversamento dello zero
6. L'arco continua indefinitamente
7. Il corpo del fusibile si surriscalda e si rompe
8. Espulsione di materiale fuso → PERICOLO DI INCENDIO
9. L'arco può saldare i terminali del fusibile → NESSUNA PROTEZIONE

Risultato: Guasto catastrofico, potenziale incendio, danni alle apparecchiature.

Costruzione e tecnologia dei fusibili CC

Design dell'elemento fusibile

Elemento singolo o multiplo:

Elemento singolo (ad azione rapida):

Costruzione:
- Filo singolo o nastro
- Sezione trasversale uniforme
- Nessun punto di concentrazione della massa
- Percorso di corrente diretto

Caratteristiche: - Risposta molto rapida (<10 ms con sovracorrente elevata) - Ritardo minimo con sovracorrente bassa - Valutazione I²t precisa - Utilizzato per la protezione dei semiconduttori

Applicazioni: - Protezione delle stringhe fotovoltaiche (fusibili gPV) - Sezionamento delle batterie (quando è richiesto un intervento rapido) - Protezione dei convertitori DC-DC

Multi-elemento (ritardo temporale):

Costruzione:
- Elementi multipli in parallelo
- Concentrazioni di massa in punti specifici
- Dissipatori di calore collegati agli elementi
- Legami a saldare o meccanismi a molla

Caratteristiche: - Risposta lenta a un sovraccarico moderato (minuti) - Risposta rapida a una sovracorrente grave (millisecondi) - Tollera le correnti di spunto - Utilizzato per carichi di motori e condensatori

Applicazioni: - Protezione dei motori CC (elevata tolleranza agli spunti) - Circuiti di carica dei condensatori - Sistemi di batterie con corrente di picco

Tecnologia di tempra ad arco

Riempimento con sabbia silicea (più comune):

Materiale: Sabbia di quarzo di elevata purezza (SiO₂)
Dimensione delle particelle: 40-100 mesh
Rapporto di riempimento: 80-90% del volume del corpo del fusibile

Meccanismo di spegnimento dell'arco: 1. L'elemento fusibile si fonde, si innesca l'arco 2. Il calore dell'arco fonde la sabbia circostante in vetro (fulgurite) Il calore dell'arco fonde la sabbia circostante in vetro (fulgurite) 3. La formazione del vetro assorbe energia (reazione endotermica) 4. La tensione dell'arco aumenta (resistenza del vetro > plasma d'aria) 5. La corrente dell'arco diminuisce 6. L'arco si spegne. La corrente d'arco diminuisce 6. Quando la corrente d'arco < corrente di mantenimento → estinzione

Tensione dell'arco: 20-100 V per pollice di lunghezza dell'arco Tensione totale dell'arco: Può superare la tensione del sistema (effetto limitatore di corrente)

Riempimento in fibra di ceramica:

Materiale: Fibre ceramiche di allumina o zirconia
Applicazione: Fusibili DC ad alta tensione (>1000V)

Vantaggi rispetto alla sabbia: - Peso inferiore (importante per gli ambienti soggetti a vibrazioni) - Migliori prestazioni alle alte temperature - Estinzione dell'arco più rapida alle alte tensioni

Svantaggi: - Costo più elevato - Produzione più complessa

Fusibili sotto vuoto (applicazioni speciali):

Costruzione: Elemento fusibile in tubo di vetro evacuato
Pressione: <10-⁴ torr

Estinzione dell'arco: - Assenza di aria = nessun mezzo per il plasma dell'arco - L'arco si spegne immediatamente quando le parti dell'elemento - Nessuna tensione d'arco generata

Applicazioni: - Trasmissione in corrente continua ad alta tensione (HVDC) - Elettrificazione ferroviaria (1500-3000V DC) - Non comune nel solare residenziale (<600V)

Limitazioni: - Molto costoso ($200-1000 per fusibile) - Struttura in vetro fragile - Deve mantenere il vuoto (durata limitata)

Valori nominali I²t e coordinamento dei fusibili

Capire l'I²t (Ampere-Secondi Quadrati)

Definizione:
I²t rappresenta l'energia termica che passa attraverso un fusibile prima di eliminare un guasto.

Formula:

I²t = ∫ i²(t) dt

Dove: i(t) = corrente istantanea in funzione del tempo Periodo di integrazione = dall'inizio del guasto all'estinzione dell'arco finale

Significato fisico: - Energia dissipata nell'elemento del fusibile - Proporzionale all'aumento della temperatura - Determina il danno del fusibile e l'energia di passaggio

I²t di fusione vs. I²t di compensazione:

I²t di fusione (I²t_m):
- Energia necessaria per fondere l'elemento del fusibile
- NON include il tempo di arco elettrico
- Elemento fisicamente fuso, ma circuito non ancora aperto

I²t di compensazione (I²t_c): - Energia totale dall'inizio del guasto all'estinzione finale dell'arco - Include tempo di fusione + tempo di arco - Circuito completamente interrotto, stato di sicurezza raggiunto

Relazione tipica: I²t_c = da 1,2 a 2,0 × I²t_m (il tempo di arco aggiunge 20-100% di energia in più)

Perché l'I²t è importante per il coordinamento:

Esempio di coordinamento fusibile-fusibile:

Fusibile a monte (principale): 100A, I²t_c = 50.000 A²s Fusibile a valle (diramazione): 30A, I²t_c = 5.000 A²s

Guasto sul circuito derivato: - Il fusibile a valle deve spegnersi PRIMA che il fusibile a monte si sciolga - Richiesto: I²t_c a valle < I²t_m a monte - Rapporto: 5.000 < (50.000 / 1,5) = 33.333 A²s ✓ COORDINATO

In caso di inversione (a valle 100A, a monte 30A): - Entrambi i fusibili si fondono contemporaneamente - Funzionamento non selettivo (scatta l'intero sistema)

Selettività del fusibile (discriminazione)

Definizione: Si apre solo il fusibile più vicino al guasto, lasciando il resto del sistema sotto tensione.

Metodo del rapporto di selettività:

Per due fusibili in serie per essere selettivi:

Rapporto = (portata del fusibile a monte) / (portata del fusibile a valle) ≥ 2:1

Esempio: Fusibile batteria principale: 200A Fusibile inverter di derivazione: 80A Rapporto: 200 / 80 = 2,5:1 (SELETTIVO)

Fusibile di carico di diramazione: 30A Fusibile di diramazione secondaria: 20A Rapporto: 30 / 20 = 1,5:1 (MARGINALE - verificare le curve I²t)

Metodo della curva tempo-corrente (preciso):

Procedura:
1. Ottenere le curve tempo-corrente per entrambi i fusibili.
2. Tracciare un grafico log-log (corrente vs. tempo).
3. Verificare la separazione verticale ≥ fattore 2 a tutti i livelli di corrente.
4. Se le curve si incrociano: Non selettivo in quell'intervallo di corrente

Esempio di impianto solare fotovoltaico: Fusibile di stringa: 15A gPV (a valle) Fusibile di combinatore: 60A gPV (a monte)

Con un guasto di 100A: - Il fusibile di stringa si azzera in 0,1 secondi - Il fusibile del combinatore si azzera in 5 secondi - Separazione: 50× (altamente selettiva)

Valori di tensione e capacità di interruzione CC

Tensione nominale CC vs. tensione nominale CA

Perché i valori di tensione CC sono più bassi:

Stesso modello di fusibile:
- Potenza nominale AC: 250V AC
- Tensione DC: 125V DC

Motivo: Arco DC più difficile da interrompere

La corrente alternata ha attraversamenti naturali dello zero → interruzione più facile La corrente continua richiede un'interruzione forzata → necessita di una tensione d'arco maggiore

Regola empirica: Valore nominale DC ≈ 50% del valore nominale AC per lo stesso fusibile fisico.

Selezione della tensione nominale CC:

Tensione di sistema: 48 V nominali (batteria LiFePO4)
Tensione massima di carica: 58,4 V
Tensione transitoria: 65V (picco di avvio dell'inverter)

Tensione nominale del fusibile richiesta: >65V minimo Selezionare: Fusibile da 80V DC o 125V DC

Conseguenze del sottodimensionamento: Se si utilizza un fusibile da 32 V CC su un sistema da 48 V: - Tensione d'arco insufficiente a interrompere - L'arco permane dopo la fusione dell'elemento - Il corpo del fusibile si rompe - Potenziale incendio e danni alle apparecchiature

Interruzione nominale (capacità di rottura)

Definizione: Corrente di guasto massima che il fusibile può interrompere in modo sicuro.

Valori di interruzione dei fusibili CC comuni:

Tipo di fusibile	Valore nominale tipico dell'interrupt
Fusibili a lama (automotive)	1,000 - 5,000A
Fusibili ANL	5,000 - 10,000A
Fusibili MEGA	10,000A
Fusibili di classe T	200.000A (200kA)
Fusibili gPV (solari)	10,000 - 30,000A
Fusibili industriali HRC	50,000 - 100,000A

Calcolo della corrente di guasto disponibile:

Esempio di banco batterie:
4× 200Ah celle LiFePO4 in parallelo = 800Ah
Resistenza interna: 0,005Ω per cella
Resistenza in parallelo: 0,005Ω / 4 = 0,00125Ω
Resistenza del filo: 0,0005Ω (molto corto, di grosso calibro)
Resistenza totale del circuito: 0.00175Ω

Tensione della batteria: 51,2V (nominale) Corrente di guasto: 51,2V / 0,00175Ω = 29,257A

Interruzione richiesta: >30.000A Selezionare: Fusibile di classe T (200kA di interruzione) o fusibile gPV (30kA) Inadeguato: Fusibile ANL (10kA) - può rompersi

Conseguenza di una valutazione insufficiente dell'interruzione:

Scenario: fusibile di interruzione da 10kA su circuito con corrente di guasto da 30kA

Si verifica un guasto: 1. L'elemento del fusibile si scioglie (funzionamento corretto) 2. Corrente d'arco = 30kA (supera il design del fusibile) 3. Il corpo del fusibile non può contenere la pressione dell'arco 4. Il fusibile non può contenere la pressione dell'arco Il corpo del fusibile non può contenere la pressione dell'arco 4. Il fusibile si rompe violentemente 5. Espulsione di materiale fuso e plasma 6. Arco secondario verso la terra o i conduttori adiacenti 7. Incendio, danni alle apparecchiature, rischio di scosse. Incendio, danni alle apparecchiature, rischio di scosse

Prevenzione: Calcolare la corrente di guasto disponibile, selezionare un fusibile con un grado di interruzione adeguato.

Tipi di fusibili per applicazioni CC specifiche

Fusibili solari fotovoltaici (valutazione gPV)

Cosa significa “gPV”:

g = Potere di interruzione a tutto campo (tedesco: ganzbereichsschutz)
PV = Applicazione fotovoltaica

La classificazione gPV indica: - Testato per sistemi fotovoltaici in corrente continua - Può interrompere la corrente inversa (backfeed dalla batteria) - Classificato per temperature ambiente elevate (70°C tipico) - Resistente ai raggi UV per il montaggio all'esterno - Conforme a Standard IEC 60269-6

Perché l'energia solare richiede fusibili speciali:

Caratteristiche del campo solare:
1. Elevata corrente di cortocircuito (Isc)
   - Pannelli moderni: 10-12A Isc per pannello
   - 10 pannelli in parallelo: 120A di corrente di cortocircuito

2. Capacità di inversione di corrente - La batteria può essere alimentata in controcorrente nella stringa guasta - Il fusibile deve interrompere la corrente continua inversa

3. Temperatura ambiente elevata - Installazioni su tetto: 70°C+ ambiente - I fusibili standard hanno un declassamento di 20-30% ad alta temperatura - I fusibili gPV sono previsti per un ambiente di 70°C.

4. È richiesta una lunga durata di vita - aspettativa di vita del sistema di 25 anni - l'esposizione ai raggi UV degrada le materie plastiche - i fusibili gPV sono progettati per durare a lungo.

Dimensionamento dei fusibili per le stringhe solari:

NEC 690.9(B) Requisito:
Valore nominale del fusibile ≥ 1,56 × String Isc

Esempio: Pannelli solari a stringa: 8× 400W, Isc = 10,5A ciascuno Isc di stringa: 10,5A (collegamento in serie) Fusibile richiesto: 10,5A × 1,56 = 16,4A Selezionare: Fusibile gPV 20A (dimensione standard successiva)

Perché il fattore 1,56×: - 1,25× per la variazione dell'irraggiamento - 1,25× per gli effetti della temperatura - Combinato: 1.25 × 1.25 = 1.56×

Fusibili del sistema della batteria

Fusibile di disconnessione principale:

Applicazione: Tra batteria e barra collettrice/inverter

Requisiti: - Interruzione molto elevata (batteria = corrente di guasto massiccia) - Limitazione di corrente preferibile (protegge le apparecchiature a valle) - Azione rapida per proteggere la batteria da guasti interni

Tipi consigliati: 1. Fusibili di classe T (i migliori - 200kA di interruzione, limitazione di corrente) 2. Fusibili MEGA (buoni - 10kA di interruzione, di tipo marino) 3. Fusibili ANL (adeguati per piccoli sistemi - 10kA di interruzione)

Esempio di dimensionamento: Batteria: 48V, 200Ah LiFePO4 Inverter: 5000W continui Corrente massima: 5000W / 42V (spegnimento per bassa tensione) = 119A Fusibile: 119A × 1,25 = 149A → Selezionare 150A o 175A Classe T

Integrazione del sistema di gestione delle batterie (BMS):

Alcuni sistemi BMS controllano il funzionamento dei fusibili:

BMS attivo con contattore: - Il contattore meccanico si apre in caso di guasto - Il fusibile è solo una protezione di riserva - Il fusibile è dimensionato per il caso peggiore se il contattore si guasta - Tipico: Fusibile = 2× corrente di funzionamento normale

BMS passivo (solo monitoraggio): - Il fusibile è la protezione primaria - Il BMS monitora ma non interrompe - Il fusibile deve gestire tutte le condizioni di guasto - Tipico: Fusibile = 1,25× corrente massima + margine

Apparecchiature industriali in corrente continua

Fusibili per motori CC:

Caratteristiche del motore:
- Elevato spunto all'avvio (3-5× corrente di marcia)
- Corrente di rotore bloccata (6-8× corrente di funzionamento)
- Richiede un fusibile a tempo per evitare l'accensione indesiderata.

Potenza del motore: 5HP a 250V DC Corrente di funzionamento: 16A Rotore bloccato: 16A × 7 = 112A

Selezione del fusibile: - Standard ad azione rapida 20A: Si brucia all'avvio - Ritardo 30A: Tollera lo spunto, protegge il motore - Classe CC 30A: La scelta migliore (per il motore, a limitazione di corrente).

Verifica: - Verificare le raccomandazioni del costruttore del motore - Testare la corrente di avvio effettiva con una pinza amperometrica - Verificare che il fusibile non si bruci dopo 10 avvii consecutivi

Protezione del convertitore CC-CC:

Caratteristiche del convertitore:
- La corrente di ingresso varia con il carico di uscita
- Spunto di carica del condensatore (breve, corrente elevata)
- La commutazione elettronica crea un rumore ad alta frequenza

Strategia di protezione: Lato ingresso: Fusibile ad azione rapida (protegge il convertitore dai guasti di alimentazione) Lato uscita: Fusibile ad azione rapida (protegge il carico dai guasti del convertitore)

Esempio: Convertitore da 48V a 12V, uscita 30A Corrente di ingresso: 30A × 12V / 48V / 0,90 eff = 8,3A Fusibile di ingresso: 8,3A × 1,5 (margine di spunto) = 12,5A → 15A ad azione rapida Fusibile di uscita: 30A × 1,25 = 37,5A → 40A ad azione rapida

Test e verifica

Test pre-installazione

Test di continuità:

Apparecchiatura: Multimetro digitale (modalità resistenza)

Procedura: 1. Impostare il misuratore sulla gamma di resistenza più bassa (200 Ω o meno). Toccare le sonde ai terminali del fusibile 3. Fusibile buono: <0,1Ω (essenzialmente zero) 4. Fusibile difettoso: OL (sovraccarico - resistenza infinita)

Interpretazione: - 1,0Ω o OL: Fusibile bruciato o danneggiato, scartare

Ispezione visiva:

Fusibili di Classe T / gPV (corpo opaco):
- Verificare l'assenza di crepe nel corpo in ceramica
- Verificare la tenuta dei cappucci terminali (non allentati)
- assenza di scolorimento o segni di bruciatura
- Marcature del produttore leggibili

Fusibili ANL/MEGA (elemento trasparente o visibile): - L'elemento deve essere continuo (senza rotture) - Nessun scolorimento dell'elemento - Nessuna perdita di sabbia (se riempito di sabbia) - Terminali a lama non piegati o corrosi

Test in servizio

Test di caduta di tensione:

Scopo: verificare che il fusibile non sia degradato e che i collegamenti siano ben saldi.

Procedura: 1. Misurare la tensione sul terminale di ingresso del fusibile 2. Misurare la tensione sul terminale di uscita del fusibile (sotto carico) Misurare la tensione sul terminale di uscita del fusibile (sotto carico) 3. Calcolare la caduta: V_in - V_out

Accettabile: 0,3V (sostituire il fusibile o riparare i collegamenti)

Esempio: Fusibile 30A, corrente di carico 25A Ingresso: 51,2V Uscita: 51,1V Caduta: 0,1V (accettabile) Resistenza: 0,1V / 25A = 0,004Ω (buona)

Termografia:

Attrezzatura: Telecamera a infrarossi o pistola termica

Aumento della temperatura target: - 60°C sopra l'ambiente: Problematico (corrosione, sottodimensionamento o quasi guasto).

I punti caldi indicano: - Terminali corrosi - Collegamenti allentati - Fusibile sottodimensionato (sovraccarico continuo) - Fusibile prossimo alla fine della vita utile

Procedura: 1. Far funzionare il sistema alla corrente nominale di 80% per 30 minuti. Esaminare il portafusibile e i terminali con la termocamera. Confrontare la temperatura del fusibile con quella dei conduttori adiacenti. 4. Il fusibile deve essere simile o leggermente più caldo del filo. Il fusibile dovrebbe essere simile o leggermente più caldo del filo.

Manutenzione e risoluzione dei problemi

Invecchiamento e degrado dei fusibili

Cause di invecchiamento dei fusibili:

1. Ciclo termico:
- Il funzionamento vicino alla corrente nominale genera calore
- L'elemento del fusibile si espande e si contrae con la temperatura.
- I cicli ripetuti indeboliscono la microstruttura dell'elemento
- Alla fine si guasta prematuramente (al di sotto della corrente nominale)

2. Esposizione ambientale: - I raggi UV degradano i supporti in plastica - L'umidità provoca la corrosione dei terminali - L'aria salata accelera la corrosione (ambienti marini) - L'elevata temperatura ambiente accelera l'invecchiamento

Eliminazione ripetuta dei guasti: - Ogni evento di quasi sovraccarico sollecita l'elemento - L'elemento si assottiglia gradualmente nei punti caldi - Il valore I²t diminuisce nel tempo - Aumentano i soffi fastidiosi

4. Correnti armoniche: - La commutazione ad alta frequenza (inverter) genera armoniche - Le armoniche aumentano la corrente RMS oltre il valore DC - Il riscaldamento aggiuntivo accelera l'invecchiamento - Il fusibile nominale per la DC può essere inadeguato per la commutazione dei carichi

Intervalli di sostituzione consigliati:

Fusibili per gPV solari:
- Ispezione annuale
- Sostituzione ogni 10 anni (preventiva)
- Sostituire immediatamente se scoloriti o allentati

Fusibili della batteria: - Ispezione trimestrale - Sostituzione ogni 5 anni (conteggio dei cicli elevato) - Sostituzione dopo qualsiasi evento di cortocircuito

Fusibili marini: - Ispezione trimestrale (rischio di corrosione) - Sostituzione ogni 3-5 anni - Sostituzione se la corrosione è visibile

Fusibili industriali: - Ispezione secondo il programma del produttore - Sostituzione in base ai registri del contatore di guasti - Sostituzione se la termografia mostra punti caldi

Risoluzione dei problemi relativi ai fusibili che si bruciano in modo fastidioso

Problema: il fusibile si brucia ripetutamente a carico normale

Fasi diagnostiche:

Passo 1: misurare la corrente di carico effettiva
- Utilizzare una pinza amperometrica CC
- Misurare per 10 minuti (catturare i transitori)
- Confronto con il valore nominale del fusibile

Se la corrente è < 80% del valore nominale del fusibile: → Problema del fusibile (sottodimensionato, danneggiato o di tipo sbagliato)

Se la corrente è > 100% del valore nominale del fusibile: → Problema di carico (sovraccarico o cortocircuito)

Fase 2: controllo della caduta di tensione - Misurare la tensione attraverso il fusibile sotto carico - >0,3 V indica una resistenza elevata - Cause: Corrosione, connessione allentata, fusibile danneggiato

Fase 3: Verificare il tipo di fusibile corretto - Fusibile ad azione rapida sul carico del motore → Usare un ritardo nel tempo - Fusibile in c.a. sul sistema in c.c. → Sostituire con un fusibile in c.c. - Tensione nominale sottodimensionata → Aumentare la tensione nominale

Fase 4: controllo dei guasti intermittenti - Test della resistenza di isolamento: Dovrebbe essere >1MΩ - Flettere i fili mentre si misura la resistenza - Una bassa resistenza indica un isolamento sfregato

Fase 5: Effetti della temperatura - Controllare la temperatura ambiente nel punto in cui si trova il fusibile - >40°C ambiente → Il fusibile si riduce 10-20% - Migliorare la ventilazione o aumentare la portata del fusibile

Domande frequenti

1. È possibile utilizzare un fusibile per applicazioni in corrente alternata?

No, assolutamente mai. I fusibili in c.a. si affidano al naturale attraversamento dello zero della corrente alternata (120 volte al secondo a 60 Hz) per estinguere gli archi. La corrente continua non ha un attraversamento dello zero, il che fa sì che gli archi si mantengano indefinitamente nei fusibili in CA. Quando un fusibile in c.a. tenta di interrompere la corrente in c.c., l'arco continua a bruciare, surriscaldando il corpo del fusibile finché non si rompe violentemente, espellendo materiale fuso e creando un rischio di incendio. Utilizzare sempre fusibili specifici per la tensione CC con un'adeguata tecnologia di spegnimento dell'arco (sabbia di silice, piastre di ceramica).

2. Che cosa significa la classificazione gPV sui fusibili solari?

gPV è l'acronimo di “General Purpose Photovoltaic” (Fotovoltaico per uso generale), una classificazione specifica per i fusibili solari fotovoltaici secondo la norma IEC 60269-6. Questi fusibili sono testati per interrompere la corrente continua inversa (backfeed dalle batterie), funzionano in modo affidabile a temperature ambiente elevate (70°C), resistono all'esposizione ai raggi UV per il montaggio all'esterno e forniscono una capacità di interruzione a tutto campo. I fusibili DC standard non possono interrompere in modo sicuro le condizioni di guasto uniche degli impianti fotovoltaici. Le installazioni solari conformi alla normativa NEC richiedono fusibili classificati gPV per la protezione di stringhe e combinatori.

3. Come si calcola il valore di interruzione richiesto per un fusibile CC?

Calcolare la corrente di guasto disponibile: I_fault = Tensione del sistema / Resistenza totale del circuito. Includere la resistenza interna della batteria, la resistenza dei fili e la resistenza dei collegamenti. Esempio: Batteria da 48 V (0,01Ω interna) + 0,002Ω di cablaggio = 0,012Ω totale. Corrente di guasto = 48V / 0,012Ω = 4.000A. Scegliere un fusibile con un valore nominale di interruzione superiore a questo valore (minimo 5kA o 10kA). Le batterie al litio hanno una resistenza interna molto bassa e possono erogare correnti di guasto massicce, superiori a 10.000A - i fusibili di Classe T (200kA di interruzione) offrono il massimo margine di sicurezza.

4. Che cos'è il rating I²t e perché è importante?

I²t (ampere-secondi al quadrato) rappresenta l'energia termica che passa attraverso un fusibile durante l'eliminazione del guasto. Determina l“”energia di passaggio" che raggiunge le apparecchiature protette. Un I²t più basso significa un'eliminazione più rapida e una migliore protezione per i dispositivi elettronici sensibili come gli inverter. L'I²t è fondamentale per il coordinamento dei fusibili: l'I²t del fusibile a valle deve essere significativamente inferiore all'I²t del fusibile a monte per garantire un funzionamento selettivo (solo il fusibile più vicino al guasto si apre). Si calcola integrando la corrente al quadrato sul tempo di apertura - i produttori forniscono le curve I²t nelle schede tecniche.

5. È possibile mettere in parallelo i fusibili CC per aumentare la capacità di corrente?

No, mai fusibili in parallelo. Le tolleranze di fabbricazione causano leggere differenze di resistenza tra i fusibili. Il fusibile a bassa resistenza trasporta una maggiore quantità di corrente e si brucia per primo, costringendo i fusibili rimanenti a trasportare l'intera corrente di guasto e a bruciarsi subito dopo. In questo modo, la protezione da sovracorrente viene completamente annullata durante le condizioni di guasto. Per una maggiore capacità di corrente, utilizzare un singolo fusibile di valore adeguato. Se non è disponibile un singolo fusibile per la corrente desiderata, utilizzare più conduttori in parallelo con un fusibile grande che protegga tutti i conduttori insieme.

6. Perché i miei fusibili CC si sono bruciati quando la corrente di carico era inferiore al valore nominale del fusibile?

Diverse cause possibili: (1) Temperatura ambiente elevata che causa il declassamento del fusibile (perdita di capacità del 20-30% a 50-70°C), (2) Corrente di spunto all'avvio del motore o del condensatore che supera il valore nominale del fusibile istantaneo (utilizzare un fusibile a tempo), (3) Correnti armoniche da inverter di commutazione che aumentano la corrente RMS oltre la misura della corrente continua, (4) Invecchiamento del fusibile dovuto a cicli termici o a precedenti eventi di quasi sovraccarico, (5) Tipo di fusibile errato (ad azione rapida anziché lenta per carichi motore), (6) Cortocircuito intermittente o guasto a terra. Misurare la corrente effettiva, compresi i transitori, e controllare la temperatura ambiente.

7. Quanto durano i fusibili CC prima di doverli sostituire?

La durata dipende dall'applicazione: Fusibili per impianti solari gPV (all'aperto) 10-15 anni con ispezione annuale; fusibili di disconnessione della batteria 5-10 anni o dopo qualsiasi evento di cortocircuito; fusibili per ambienti marini 3-5 anni a causa della corrosione; fusibili industriali secondo il programma del produttore in base alla cronologia dei guasti. Sostituire immediatamente i fusibili in caso di danni visivi, scolorimento, corrosione o se le immagini termiche mostrano un aumento della temperatura di >40°C rispetto all'ambiente. I fusibili invecchiano a causa dei cicli termici, dell'esposizione all'ambiente e degli eventi di sovraccarico; la sostituzione preventiva è più economica dei danni alle apparecchiature causati da un fusibile guasto.

Conclusione: Progettazione di una protezione affidabile dalle sovracorrenti in corrente continua

I fusibili CC rappresentano una sofisticata tecnologia di protezione dalle sovracorrenti, specificamente progettata per interrompere in modo sicuro gli archi di corrente continua grazie a una costruzione specializzata e a materiali che non si infiammano. La scelta corretta richiede la comprensione delle caratteristiche I²t, della capacità di interruzione, della tensione nominale e dei requisiti specifici dell'applicazione.

Criteri chiave di selezione:

Tensione nominale:
- Deve superare la tensione massima del sistema (compresi i transitori)
- La potenza in corrente continua è in genere pari a 50% della potenza in corrente alternata equivalente.
- Verificare con il produttore le stringhe di batterie in serie

Valutazione attuale:
- Carichi standard: 1,25× corrente continua
- Solare fotovoltaico: 1,56× Isc di stringa (NEC 690.9)
- Motori: 1,5-2,0× corrente di funzionamento (tipo a ritardo)

Valutazione dell'interruzione:
- Calcolo della corrente di guasto disponibile dalla batteria/sorgente
- Selezionare il valore nominale di interruzione del fusibile ≥ 2× corrente di guasto
- Batterie al litio: Classe T (200kA) consigliata
- Batterie al piombo: 10kA spesso adeguati

Tipo di fusibile per applicazione:
– Stringhe solari fotovoltaiche: fusibili classificati gPV (IEC 60269-6)
– Disconnessione della batteria: Classe T (limitazione di corrente, alta interruzione)
– Automotive/Marine <80A: Fusibili ANL o MEGA
– Motori industriali: Fusibili a tempo, per motore

Regole di sicurezza critiche:
- Non utilizzare MAI fusibili in c.a. su circuiti in c.c.
- MAI fusibili in parallelo per aumentare la capacità
- Non superare MAI la tensione nominale del fusibile
- Verificare SEMPRE il grado di interruzione adeguato
- Coordinare SEMPRE I²t per il funzionamento selettivo

Migliori pratiche di installazione:
- Installare entro 7″ dal positivo della batteria (NEC 690.71)
- Utilizzare portafusibili adeguati (tipo di fusibile corrispondente).
- Connessioni di coppia secondo le specifiche del produttore
- Proteggere dall'esposizione ambientale
- Etichetta con tipo e valore nominale del fusibile

Programma di manutenzione:
- Ispezione annuale (visiva + termografia)
- Sostituire secondo il programma di applicazione (3-15 anni)
- Sostituire dopo qualsiasi evento di cortocircuito
- Sostituire se si osservano corrosione, danni o temperature elevate.

I fusibili di protezione CC progettati correttamente forniscono un'interruzione di sovracorrente affidabile e selettiva per decenni di servizio in applicazioni solari, batterie, veicoli elettrici e industriali CC.