Un fusibile bruciato è progettato per interrompere la corrente, ma la questione se possa innescare un incendio non è così semplice come un semplice sì o no. Nella stragrande maggioranza delle installazioni adeguatamente progettate, l'apertura del fusibile è il punto finale di un guasto, non l'inizio di un evento di combustione. Ma la vera risposta dipende da ciò che accade all'interno del portafusibile durante quei pochi millisecondi in cui l'elemento vaporizza e si forma un arco. Quell'arco è una colonna di plasma con temperature che possono superare i 5.000 gradi e, se la miccia non è adeguatamente contenuta, quel calore può effettivamente accendere i materiali vicini.
Considera un fusibile a lama automobilistico standard da 30 A montato in un supporto di plastica sotto il cruscotto. In caso di cortocircuito, l'elemento si scioglie in circa 5 ms a 300 A, ma l'arco continua finché il divario non si allarga abbastanza da estinguersi-tipicamente da 1 a 2 ms in più. Durante tale intervallo, l'energia dell'arco raggiunge circa 15 Joule per un sistema a 12 V. Quindici joule sono sufficienti per aumentare di circa 30 gradi la temperatura di un pezzo di PVC da 1 grammo, ma non abbastanza per accenderlo perché il calore è concentrato in un piccolo volume tra i contatti. Tuttavia, se il portafusibile ha terminali corrosi, la resistenza di contatto aggiunge ulteriore riscaldamento prima ancora che il fusibile si bruci. Un terminale corroso con 50 mΩ di resistenza dissipa 4,5 watt a 300 A durante il guasto, un valore trascurabile per millisecondi. Il vero rischio di incendio non emerge dall'arco in sé ma dal riscaldamento prolungato che si verifica quando un fusibile non si spegne correttamente.
Un fusibile che si brucia ma non riesce a separarsi completamente-un fenomeno chiamato "sputtering" o "schiarimento parziale"-lascia un ponte conduttivo di metallo fuso che continua a trasportare corrente in modo intermittente. Questa condizione produce una serie di micro-archi che possono durare alcuni secondi, ciascuno dei quali espelle particelle di metallo caldo nella cavità circostante. Un caso documentato in una scatola combinata solare residenziale riguardava un fusibile da 15 A CC che era stato sottoposto a ripetuti guasti parziali. Dopo il terzo evento, l'elemento fusibile aveva depositato abbastanza vapore metallico sulla parete interna dell'alloggiamento in ceramica da creare un percorso di tracciamento. La successiva sovracorrente provocò un arco superficiale che incendiò la piastra di base in plastica, anche se l'elemento interno del fusibile si era fuso. L'incendio è stato ricondotto a una miccia con un riempimento di sabbia insufficiente-il quarzo era solo il 60% del volume richiesto, quindi il plasma dell'arco è fuoriuscito attraverso i cappucci terminali.
Il titolare stesso svolge un ruolo fondamentale. Un fusibile è sicuro-al fuoco quanto lo è il suo montaggio. Un fusibile a cartuccia di vetro in una clip caricata a molla- può generare un calore significativo sull'interfaccia della clip se la tensione della molla si indebolisce nel tempo. All'80% della corrente nominale, la clip potrebbe raggiungere i 120 gradi in condizioni normali-abbastanza calda da scolorire i cavi adiacenti. Quando il fusibile si brucia con un sovraccarico del 200%, la temperatura della clip raggiunge i 250 gradi per alcuni secondi, che è inferiore all'autoaccensione della maggior parte delle materie plastiche (circa 400 gradi), ma se la clip è montata contro un fascio di fili di polipropilene, il calore prolungato derivante dall'arco elettrico può sollevare l'isolamento fino al punto di rammollimento. Ho esaminato il pannello di controllo di una pompa guasta in cui era saltato un fusibile di vetro da 10 A, ma l'arco era passato attraverso l'involucro di vetro-che presentava una sottile crepa dovuta alla manipolazione precedente-e ha colpito una fascetta di nylon. La cravatta si è sciolta ed è gocciolata sui fermagli del fusibile, creando un percorso carbonizzato che ha successivamente causato un cortocircuito secondario. La miccia originale si era aperta correttamente, ma la sua rottura fisica ha consentito l'incendio.
La tensione nominale è un'altra variabile nascosta. Un fusibile da 250 V CA applicato in un circuito da 125 V CC potrebbe sembrare accettabile, ma gli archi CC sono molto più difficili da estinguere perché non vi è passaggio per lo zero. La durata dell'arco in DC può essere da tre a cinque volte più lunga che in AC a parità di corrente. Un fusibile da 20 A classificato per 250 V CA che elimina un guasto CA in 6 ms potrebbe impiegare 18 ms per eliminare un guasto CC di identica entità. Quei 12 ms extra di arco depositano circa tre volte più energia nel corpo del fusibile. In un involucro stretto con flusso d'aria limitato, tale energia può aumentare la temperatura ambiente all'interno del portafusibili di 80 gradi, spingendo l'isolamento vicino in una zona di fuga termica. Un sito di rettifica per telecomunicazioni ha perso una serie di batterie perché un fusibile CC ha impiegato 22 ms per liberare un breve-arco scaricato attraverso la parete ceramica del fusibile, che aveva una porosità di produzione del 4%, e l'argento fuso espulso ha acceso il vassoio della batteria in polietilene.
C'è anche la questione del potere di interruzione del fusibile. Ogni fusibile trasporta una corrente di guasto massima che può essere interrotta in sicurezza. Un fusibile da 100 A con potere di interruzione di 10 kA, se sottoposto a un guasto da 25 kA, non spegnerà l'arco; invece, l'elemento vaporizza così violentemente che il corpo del fusibile si frantuma. L'arco risultante passa quindi all'aria circostante, sostenuto dalla corrente di guasto disponibile finché qualche altro dispositivo non si apre o l'impedenza della sorgente lo limita. Quella condizione è un vero e proprio avviatore di fuoco. In un quadro industriale a bassa-tensione, un fusibile di classe J da 600 A è stato accidentalmente sostituito con un fusibile di classe H da 600 A che aveva solo la metà della capacità di interruzione. Quando una saldatrice a valle è andata in cortocircuito, la corrente di guasto ha raggiunto 18 kA, il fusibile di classe H è esploso e l'arco ha attraversato le sbarre collettrici, accendendo l'accumulo di polvere sul pavimento del pannello. L'incendio è stato contenuto, ma la lezione è stata chiara: una miccia bruciata che si rompe è più pericolosa di una che rimane intatta.
L'immagine termica dei fusibili bruciati rivela un'altra sfumatura. Dopo che un fusibile si spegne, la sua resistenza sale fino a infinito, ma i contatti del supporto rimangono caldi a causa del sovraccarico precedente. Se il sovraccarico fosse graduale-ad esempio, il 110% della corrente nominale per diversi minuti prima dell'apertura del fusibile-l'intero gruppo fusibile potrebbe aver raggiunto i 180 gradi prima che l'elemento si sciogliesse. Il fusibile si apre, ma il calore immagazzinato non svanisce; conduce nei terminali del cablaggio e può aumentare la temperatura del conduttore adiacente oltre i 90 gradi nominali per molti secondi dopo la scomparsa del guasto. In un test da me recensito, un fusibile da 200 A che si è aperto dopo un sovraccarico di 4 minuti ha causato un picco di temperatura della morsettiera a 195 gradi, che ha ammorbidito l'isolamento in PVC sul cavo in uscita fino al punto in cui il conduttore si è spostato sotto le vibrazioni, finendo infine per toccare la custodia. Quella terra ha causato un secondo guasto, ma il fusibile originale era già bruciato-quindi il secondo guasto si è basato su un fusibile di riserva, anch'esso bruciato, ma il calore del primo evento aveva già compromesso il cavo.
L'unico scenario in cui un fusibile bruciato provoca innegabilmente un incendio è quando il fusibile non è l'effettivo dispositivo di protezione ma un componente sacrificale in un circuito mal progettato. Alcuni accessori automobilistici aftermarket utilizzano un fusibile come collegamento fusibile nel percorso di terra, prevedendo che si apra in caso di sovracorrente. Tuttavia, un fusibile sul lato-terra, quando si brucia, lascia l'intero lato del carico fluttuante al potenziale di alimentazione e il portafusibile aperto può formare un arco contro lo chassis se lo spazio è insufficiente. L'arco non è sostenuto dalla corrente di carico ma dalla dispersione attraverso i condensatori interni del controller. Un amplificatore audio per auto con un fusibile di terra da 50 A è saltato durante un transitorio dei bassi; l'arco risultante tra la clip del fusibile e il telaio è durato 40 ms e ha sciolto un buco nel tappeto del pavimento, che ha bruciato per diversi minuti prima che il conducente si accorgesse dell'odore. Il fusibile ha svolto la sua funzione primaria-si è aperto-ma il percorso dell'arco che ha creato era esterno al fusibile stesso.
Quindi la risposta diretta è che un fusibile correttamente specificato, installato correttamente e non danneggiato non provocherà un incendio quando si brucia. Il rischio di incendio deriva dal sistema che lo circonda: deterioramento del supporto, disadattamento della tensione, capacità di interruzione insufficiente o rottura meccanica che consente la fuoriuscita dell'arco. Un fusibile bruciato è un sintomo, non una causa, ma se quel sintomo viene interpretato male-se un meccanico sostituisce un fusibile da 15 A bruciato con uno da 30 A per evitare viaggi futuri-allora il prossimo guasto non farà bruciare affatto il fusibile. Invece, il filo si surriscalderà, l'isolamento si carbonizzerà e l'isolamento carbonizzato si accenderà. In quel caso il fusibile non è saltato; è stato bypassato da una sostituzione sovradimensionata. L'incendio non è stato causato da una miccia bruciata ma dall'assenza di una miccia adeguata. Questa distinzione è tutto nel campo, ed è il motivo per cui il mio primo controllo dopo ogni fusibile bruciato non è il fusibile stesso ma il portafusibile, i fermagli e il calibro del filo che lo collega. Questi componenti raccontano la vera storia.