Il termine "fusibile rinnovabile" indica un'idea ormai-fuori moda: un fusibile il cui elemento può essere sostituito dopo che si scioglie, lasciando il corpo e i terminali in servizio. In pratica, questo significa il fusibile ricablabile o semi-chiuso, un design che ha dominato i pannelli domestici e dell'industria leggera per la prima metà del XX secolo e che persiste ancora nelle installazioni più vecchie dove il costo di un nuovo fusibile supera il rischio di un filo avvolto allentato. Un tipico portafusibile ricollegabile è costituito da una base in porcellana o fenolica stampata con due terminali a vite e un ponte rimovibile che sostiene un tratto di filo di rame stagnato. L'utente taglia un nuovo pezzo di filo da una bobina, lo avvolge attorno alle viti del terminale e reinserisce il ponte nella base. L'intero processo richiede meno di due minuti, non richiede cartuccia fusibile di riserva e costa meno della graffetta utilizzata per tenere la bobina di filo.
Quel basso costo nasconde un duro limite elettrico. Un fusibile ricollegabile da 30 A che utilizza un filo di rame stagnato da 0,85 mm porterà 30 A indefinitamente, ma a 45 A-solo 1,5 volte la potenza nominale-il filo impiega circa 14 secondi per fondersi. A 120 A il tempo di fusione scende a 0,4 secondi e a 1 kA si disconnette in meno di 0,02 secondi. Questi numeri sembrano adeguati finché non si esamina il potere di interruzione. Un fusibile semi-chiuso non ha riempitivo di sabbia, scivolo d'arco e percorso di scarico della pressione-. Il filo vaporizza semplicemente all'aria aperta tra due terminali esposti. L'arco risultante viene estinto principalmente dal raffreddamento naturale e dalla distanza di separazione tra i terminali, che per un fusibile riutilizzabile domestico raramente supera i 35 mm. La capacità di interruzione pratica di un dispositivo di questo tipo è compresa tra 1 kA e 3 kA a 230 V. In una moderna alimentazione residenziale in cui la corrente di cortocircuito presunta-può superare 6 kA, un fusibile sostituibile potrebbe non interrompere affatto il guasto. Il filo si scioglie, ma l'arco continua a bruciare attraverso lo spazio vuoto, ionizzando l'aria circostante e spruzzando rame fuso sul portafusibile. La base in porcellana può frantumarsi a causa dello shock termico e l'arco può persistere finché il fusibile di servizio a monte non si spegne o la scheda stessa non prende fuoco.
Confrontando un fusibile ricollegabile con un fusibile HRC a cartuccia con la stessa corrente nominale risulta evidente il divario prestazionale. Un fusibile HRC BS88 da 32 A in un corpo cilindrico 10×38 mm, riempito di sabbia di quarzo e dotato di un elemento argentato dentellato, elimina un guasto da 6 kA in 0,01 secondi con una corrente passante di picco-di 2,3 kA. Lo stesso guasto da 6 kA su un fusibile ricollegabile da 30 A produce una corrente di picco che raggiunge quasi l'intero valore previsto perché la tensione dell'arco in aria aperta-collassa a poche decine di volt dopo la rottura iniziale del filo. L'energia fornita al cavo guasto differisce di un ordine di grandezza. Un cavo in rame da 1,5 mm² protetto dal fusibile HRC rimarrà al di sotto di 120 gradi durante l'incidente. Lo stesso cavo su un fusibile ricollegabile può raggiungere i 250 gradi prima che l'arco si allunghi e si raffreddi abbastanza da interrompere il circuito, supponendo che si rompa del tutto. La differenza non è solo la preferenza ingegneristica; è la conseguenza fisica di contenere l'arco in un mezzo ad alta-pressione e ad alta-conducibilità termica-rispetto al lasciarlo bruciare all'aria libera.
La natura rinnovabile del fusibile riutilizzabile invita anche a una forma di uso improprio lento, quasi invisibile. Poiché l'utente seleziona il diametro del filo, la potenza del fusibile dipende da ciò che decide l'utente. Un circuito da 15 A in un edificio più vecchio può essere dotato un giorno di filo da 0,5 mm, poi da 1,0 mm il giorno successivo, semplicemente perché il filo più spesso dura più a lungo prima di fondersi in modo fastidioso. I conduttori del circuito erano dimensionati per 15 A, ma il fusibile ora consente 30 A prima dell'apertura. Nel corso dei mesi, quella corrente extra produce una temperatura costante del conduttore di 75 gradi in una soffitta calda. L'isolamento in PVC inizia a perdere plastificante a quella temperatura, diventando fragile ad ogni piegatura e terminazione. Il guasto finale è un cortocircuito dietro un muro, non una disconnessione aggraziata del fusibile. Ho esaminato i supporti ricollegabili rimossi da vecchi edifici scolastici in cui erano presenti tre diversi diametri di filo sulla stessa scheda, ciascuno installato da un diverso custode nel corso di anni. Il fusibile stesso è diventato un resistore variabile con un comportamento temporale-corrente imprevedibile. Un fusibile a cartuccia non può essere modificato in questo modo senza sostituire l'intero corpo e, anche in questo caso, le dimensioni impediscono che una cartuccia da 32 A possa adattarsi a un supporto da 20 A. Il fusibile riutilizzabile, al contrario, non ha alcuna caratteristica di rifiuto dimensionale. La sua capacità rinnovabile è proprio la fonte del suo pericolo.
Un guasto meno evidente dei fusibili ricollegabili risiede nei collegamenti terminali. Il filo è fissato sotto una vite, spesso senza puntale o rondella elastica. Il ciclo termico dovuto alle variazioni giornaliere del carico allenta la vite nel tempo. Il filo di rame sotto compressione inizia a deformarsi, riducendo la forza di contatto. La resistenza di contatto aumenta, generando calore in un punto che il fusibile stesso non può monitorare. Un fusibile ricollegabile da 10 A che trasporta 8 A in modo continuo può sviluppare un aumento della temperatura terminale di 45 K dopo tre anni di servizio, mentre il fusibile a cartuccia equivalente nello stesso pannello mostra un aumento di 18 K. Questo calore extra accelera l'ossidazione del filo di rame stagnato, aumentando ulteriormente la resistenza in un circuito di retroazione. Alla fine il filo si scioglie non a causa di un sovraccarico ma perché il terminale è diventato un elemento riscaldante. Il fusibile si scollega, ma il guasto non era nel circuito-era nel portafusibile. Questo ciclo di scorrimento-e-ossidazione è in gran parte assente nei fusibili a cartuccia sigillati, dove l'elemento è saldato o aggraffato alle estremità in condizioni controllate e l'intero corpo è riempito con un mezzo inerte e conduttore di calore.
Nonostante questi punti deboli ben-documentati, i fusibili ricollegabili persistono in una fascia ristretta di applicazioni in cui l'impedenza di alimentazione è elevata e il costo di un fusibile a cartuccia è davvero proibitivo. Le remote stazioni di pompaggio agricole in alcune parti dell’Asia meridionale e dell’Africa utilizzano ancora fusibili ricollegabili perché un agricoltore può sostituire l’elemento senza recarsi presso un fornitore. Le correnti di guasto in questi sistemi sono spesso limitate da lunghe linee aeree e piccoli trasformatori di distribuzione, per cui il potere di interruzione di 1,5 kA è talvolta sufficiente. Un fusibile ricollegabile da 5 A che protegge una pompa di irrigazione monofase da 1 kW su un lungo alimentatore rurale risolverà un cortocircuito sul motore con una corrente di picco inferiore a 400 A e l'arco all'aperto-si spegnerà rapidamente perché l'impedenza della linea limita la corrente successiva. In tale contesto, la rinnovabilità non è una responsabilità ma un meccanismo di sopravvivenza per il proprietario dell’attrezzatura. Il fusibile è un materiale di consumo che può essere sottoposto a manutenzione localmente con un pezzo di filo e un paio di pinze, esattamente come previsto dai progettisti originali.
L'interpretazione moderna di "rinnovabile" si è spostata dal filo stesso al fusibile sostituibile. Un fusibile a lama NH-in un sezionatore da 160 A non è rinnovabile nel senso di ricablabile-non è possibile aprire il corpo in ceramica e riavvolgere l'elemento-ma dal punto di vista dell'operatore del sistema è rinnovabile perché il fusibile può essere estratto e sostituito in pochi secondi senza attrezzi. Un fusibile NH2 da 160 A in un centro di controllo motori elimina un guasto da 50 kA in 2 millisecondi, quindi un elettricista di manutenzione stacca il collegamento bruciato, verifica il circuito di controllo e ne inserisce uno nuovo da un contenitore sul muro. Il sistema tornerà in servizio in meno di cinque minuti. La distinzione è importante perché l'industria ha imparato che la corretta unità di rinnovamento è l'intero assemblaggio calibrato, non l'elemento grezzo. Consentire all'utente di rinnovare solo l'elemento distrugge la precisione che rende affidabile un fusibile. La cartuccia sigillata forza il rinnovamento al livello in cui la caratteristica tempo-corrente, il potere di interruzione e la forza di contatto terminale sono tutti controllati insieme. Ecco perché il fusibile riutilizzabile, nonostante il nome, è oggi l'unico tipo di fusibile che non dovrebbe essere assolutamente rinnovato dall'utente.