Materiali per Fili di Fusibile

Caratteristiche e materiali degli elementi fusibili

I materiali selezionati per gli elementi fusibili devono possedere un set specifico di proprietà. Devono avere un punto di fusione basso, garantendo che il fusibile si fonda rapidamente quando scorre una corrente eccessiva, interrompendo così il circuito e proteggendo il sistema elettrico. Inoltre, questi materiali dovrebbero presentare una perdita ohmica bassa per minimizzare la dissipazione di energia durante l'operazione normale. Una buona conducibilità elettrica (equivalente a una resistività bassa) è essenziale per un flusso di corrente efficiente senza causare cali di tensione significativi. L'efficacia in termini di costo è un altro fattore cruciale, poiché i fusibili sono utilizzati in grandi quantità in varie applicazioni elettriche. Inoltre, il materiale dovrebbe essere privo di proprietà che potrebbero portare a degradazione o malfunzionamento nel tempo, assicurando una performance affidabile.

Comunemente, gli elementi fusibili sono realizzati con materiali a punto di fusione basso, come stagno, piombo o zinco. Sebbene questi metalli siano noti per le loro caratteristiche di fusione bassa, è importante notare che alcuni metalli con alta resistenza specifica possono offrire comunque un punto di fusione basso, come illustrato nella tabella sottostante. Questi materiali offrono un equilibrio tra la capacità di fondere rapidamente in condizioni di guasto e la necessità di mantenere prestazioni elettriche accettabili durante l'operazione normale.

Materiali degli elementi fusibili: proprietà, applicazioni e compromessi

I materiali comunemente utilizzati per gli elementi fusibili includono stagno, piombo, argento, rame, zinco, alluminio e un lega di piombo e stagno. Ogni materiale ha caratteristiche distinte che lo rendono adatto per specifiche applicazioni all'interno dei circuiti elettrici.

Una lega di piombo e stagno è tipicamente impiegata per i fusibili con piccole valenze di corrente. Tuttavia, quando la corrente supera i 15A, questa lega diventa meno pratica. Per applicazioni ad alta corrente, l'uso di una lega di piombo e stagno richiederebbe fili fusibili con diametri maggiori. Di conseguenza, quando il fusibile si fonde, viene rilasciata una quantità eccessiva di metallo fuso, che può costituire un rischio per la sicurezza e potrebbe anche portare a danni più estesi ai componenti circostanti.

Per i circuiti con valenze di corrente oltre i 15A, i fusibili a filo di rame sono spesso la scelta preferita. Nonostante il suo uso diffuso, il rame presenta alcuni svantaggi notevoli. Per ottenere un fattore di fusione ragionevolmente basso (il rapporto tra la corrente minima di fusione e la corrente nominale), i fusibili a filo di rame tendono a funzionare a temperature relativamente elevate. Questa temperatura operativa elevata può causare il sovrariscaldamento del filo nel tempo. Di conseguenza, la sezione trasversale del filo diminuisce gradualmente e la corrente di fusione diminuisce. Questo fenomeno aumenta la probabilità di fusione prematura, potenzialmente portando a interruzioni non necessarie del circuito e a interruzioni del servizio elettrico.

L'argento, d'altra parte, offre diversi vantaggi come materiale per elementi fusibili. Uno dei suoi principali benefici è la sua resistenza all'ossidazione; l'argento non forma facilmente ossidi stabili. Anche se si forma uno strato sottile di ossido, questo è instabile e si disintegra facilmente. Questa proprietà garantisce che la conducibilità dell'argento rimanga inalterata dall'ossidazione, mantenendo prestazioni elettriche coerenti durante tutta la vita utile. Inoltre, grazie alla sua alta conducibilità elettrica, la quantità di metallo fuso generata quando il fusibile opera è ridotta al minimo. Questa riduzione della massa di metallo fuso consente un'operazione più rapida del fusibile, permettendogli di interrompere il circuito più velocemente in caso di sovratensione. Tuttavia, il costo elevato dell'argento rispetto ad altri metalli come il rame o la lega di piombo e stagno limita il suo utilizzo diffuso. Nelle applicazioni pratiche, dove l'efficacia in termini di costo è una considerazione significativa, il rame o le leghe di piombo e stagno sono più comunemente utilizzati come fili fusibili.

Lo zinco, quando utilizzato come elemento fusibile, è solitamente in forma di nastro. Questo perché lo zinco non si fonde rapidamente in condizioni di sovraccarico minore. Il suo comportamento di fusione relativamente più lento fornisce una certa tolleranza per sovracorrenti transitorie o minori, prevenendo l'operazione inutile del fusibile e riducendo la probabilità di falsi attivazioni nei circuiti elettrici.