Các loại cầu chì

Mọi hệ thống điện đều hoạt động dựa trên sự cân bằng giữa năng lượng được cung cấp và tiêu thụ. Khi điện áp được đặt vào mạch điện, nó được đặt vào một điện trở nhất định trong mạch. Kết quả là, dựa trên định luật Ohm, một dòng điện được tạo ra do tác động của công việc được thực hiện.

Trong trường hợp lỗi cách điện, lỗi lắp ráp, chế độ khẩn cấp, điện trở của mạch điện giảm dần hoặc giảm mạnh. Điều này dẫn đến sự gia tăng dòng điện tương ứng, khi vượt quá giá trị danh định sẽ gây ra thiệt hại cho thiết bị và con người.

Các vấn đề an toàn đã và sẽ luôn có liên quan khi sử dụng năng lượng điện. Do đó, đặc biệt chú ý đến các thiết bị bảo vệ. Những thiết kế đầu tiên như vậy, được gọi là cầu chì, vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay.

Cầu chì điện là một phần của mạch làm việc, nó được cắt trên một đoạn của dây nguồn, nó phải chịu được tải làm việc một cách đáng tin cậy và bảo vệ mạch khỏi dòng điện dư thừa.Chức năng này là cơ sở của việc phân loại dòng điện định mức.

Theo nguyên tắc hoạt động được áp dụng và phương pháp ngắt mạch, tất cả các cầu chì được chia thành 4 nhóm:

1. với liên kết nóng chảy;

2. thiết kế cơ điện;

3. Dựa trên linh kiện điện tử;

4. Các mô hình tự phục hồi với các đặc tính đảo ngược phi tuyến tính sau tác động của quá dòng.

liên kết nóng

Cầu chì của thiết kế này bao gồm một phần tử dẫn điện, dưới tác động của dòng điện vượt quá giá trị cài đặt danh nghĩa, sẽ tan chảy do quá nóng và bay hơi. Điều này loại bỏ điện áp khỏi mạch và bảo vệ nó.

Các liên kết dễ nóng chảy có thể được làm bằng các kim loại như đồng, chì, sắt, kẽm hoặc một số hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt cung cấp các đặc tính bảo vệ của thiết bị điện.

Các đặc tính làm nóng và làm mát của dây dẫn cho thiết bị điện trong điều kiện hoạt động cố định được thể hiện trong hình.

Hoạt động của cầu chì ở tải thiết kế được đảm bảo bằng cách tạo ra sự cân bằng nhiệt độ đáng tin cậy giữa nhiệt lượng tỏa ra trên kim loại do dòng điện đang hoạt động chạy qua nó và loại bỏ nhiệt ra môi trường do tản nhiệt.

Trong trường hợp các chế độ khẩn cấp, sự cân bằng này nhanh chóng bị xáo trộn.

Phần kim loại của cầu chì làm tăng giá trị điện trở hoạt động của nó khi được nung nóng. Điều này dẫn đến sự nóng lên nhiều hơn vì nhiệt sinh ra tỷ lệ thuận với giá trị của I2R. Đồng thời, điện trở và khả năng sinh nhiệt lại tăng lên. Quá trình tiếp tục như một trận tuyết lở cho đến khi xảy ra hiện tượng nóng chảy, sôi và phá hủy cơ học cầu chì.

Khi mạch bị đứt, có một hồ quang điện bên trong cầu chì. Cho đến thời điểm biến mất hoàn toàn, một dòng điện nguy hiểm đối với quá trình cài đặt đi qua nó, dòng điện này thay đổi theo đặc tính thể hiện trong hình bên dưới.

Tham số hoạt động chính của cầu chì là dòng điện đặc trưng của nó theo thời gian, xác định sự phụ thuộc của bội số dòng điện khẩn cấp (so với giá trị danh nghĩa) vào thời gian đáp ứng.

Để tăng tốc độ hoạt động của cầu chì ở tốc độ dòng điện khẩn cấp thấp, các kỹ thuật đặc biệt được sử dụng:

• tạo ra các hình dạng mặt cắt thay đổi với các khu vực giảm diện tích;

• sử dụng hiệu ứng luyện kim.

Thay đổi tab

Khi các tấm hẹp lại, điện trở tăng lên và nhiều nhiệt hơn được tạo ra. Trong hoạt động bình thường, năng lượng này có thời gian để trải đều trên toàn bộ bề mặt và trong trường hợp quá tải, các vùng quan trọng được tạo ra ở những nơi hẹp. Nhiệt độ của chúng nhanh chóng đạt đến trạng thái kim loại nóng chảy và làm đứt mạch điện.

Để tăng tốc độ, các tấm được làm bằng lá mỏng và được sử dụng thành nhiều lớp kết nối song song. Đốt cháy từng khu vực của một trong các lớp sẽ tăng tốc hoạt động bảo vệ.

Nguyên lý hiệu ứng luyện kim

Nó dựa trên đặc tính của một số kim loại nóng chảy thấp, ví dụ như chì hoặc thiếc, để hòa tan đồng, bạc và một số hợp kim chịu lửa hơn trong cấu trúc của chúng.

Để làm điều này, các giọt thiếc được áp dụng cho các dây bị mắc kẹt mà liên kết dễ nóng chảy được tạo ra.Ở nhiệt độ cho phép của kim loại dây, các chất phụ gia này không tạo ra bất kỳ tác dụng nào, nhưng ở chế độ khẩn cấp, chúng nhanh chóng tan chảy, hòa tan một phần kim loại cơ bản và tăng tốc hoạt động của cầu chì.

Hiệu quả của phương pháp này chỉ được thể hiện trên các dây mỏng và giảm đáng kể khi tăng tiết diện của chúng.

Nhược điểm chính của cầu chì là khi nó được kích hoạt, nó phải được thay thế thủ công bằng cầu chì mới. Điều này đòi hỏi phải duy trì cổ phiếu của họ.

cầu chì cơ điện

Nguyên tắc cắt thiết bị bảo vệ vào dây nguồn và đảm bảo ngắt thiết bị để giảm điện áp giúp có thể phân loại các sản phẩm cơ điện được tạo ra cho mục đích này là cầu chì. Tuy nhiên, hầu hết các thợ điện phân loại chúng trong một lớp riêng biệt và gọi chúng là cầu dao hay viết tắt là máy tự động.

Trong quá trình hoạt động của chúng, một cảm biến đặc biệt liên tục theo dõi giá trị của dòng điện đi qua. Sau khi đạt đến một giá trị tới hạn, một tín hiệu điều khiển được gửi đến ổ đĩa — một lò xo tích điện từ bộ giải phóng nhiệt hoặc từ tính.

Cầu chì linh kiện điện tử

Trong các thiết kế này, chức năng bảo vệ mạch điện được đảm nhận bởi các công tắc điện tử không tiếp xúc dựa trên các thiết bị bán dẫn công suất của điốt, bóng bán dẫn hoặc thyristor.

Chúng được gọi là cầu chì điện tử (EP) hoặc mô-đun điều khiển và chuyển mạch hiện tại (MKKT).

Ví dụ, hình vẽ cho thấy sơ đồ khối thể hiện nguyên lý hoạt động của cầu chì bóng bán dẫn.

Mạch điều khiển của cầu chì như vậy loại bỏ tín hiệu giá trị dòng điện đo được khỏi shunt điện trở.Nó được sửa đổi và áp dụng cho đầu vào của cổng bán dẫn bị cô lập Transistor hiệu ứng trường loại MOSFET. 

Khi dòng điện qua cầu chì bắt đầu vượt quá giá trị cho phép, cổng sẽ đóng lại và tải bị tắt. Trong trường hợp này, cầu chì được chuyển sang chế độ tự khóa.

Nếu nhiều video giám sát được sử dụng trong mạch, việc xác định cầu chì bị đứt sẽ trở nên khó khăn. Để dễ tìm hơn, chức năng báo hiệu "Báo động" đã được giới thiệu, chức năng này có thể được phát hiện bằng đèn flash của đèn LED hoặc bằng cách kích hoạt rơle rắn hoặc cơ điện.

Cầu chì điện tử như vậy hoạt động nhanh, thời gian phản hồi của chúng không vượt quá 30 mili giây.

Sơ đồ được thảo luận ở trên được coi là đơn giản, nó có thể được mở rộng đáng kể với các chức năng bổ sung mới:

• giám sát liên tục dòng điện trong mạch tải với việc hình thành các lệnh tắt máy khi dòng điện vượt quá 30% giá trị danh định;

• tắt vùng được bảo vệ trong trường hợp ngắn mạch hoặc quá tải với tín hiệu khi dòng điện trong tải tăng trên 10% giá trị cài đặt;

• bảo vệ phần tử nguồn của bóng bán dẫn trong trường hợp nhiệt độ trên 100 độ.

Đối với các sơ đồ như vậy, các mô-đun ICKT được sử dụng được chia thành 4 nhóm thời gian phản hồi. Các thiết bị nhanh nhất được phân loại là loại «0». Chúng làm gián đoạn dòng điện vượt quá mức cài đặt 50% trong tối đa 5 ms, 300% trong 1,5 ms, 400% trong 10 μs.

Cầu chì tự phục hồi

Các thiết bị bảo vệ này khác với cầu chì ở chỗ sau khi tắt tải khẩn cấp, chúng vẫn duy trì khả năng hoạt động để tiếp tục sử dụng.Đó là lý do tại sao chúng được gọi là tự chữa lành.

Thiết kế dựa trên vật liệu polymer có hệ số nhiệt độ dương của điện trở. Chúng có cấu trúc mạng tinh thể ở điều kiện bình thường, bình thường và đột ngột chuyển sang trạng thái vô định hình khi đun nóng.

Đặc tính ngắt của cầu chì như vậy thường được cho là logarit của điện trở so với nhiệt độ vật liệu.

Khi một polyme có mạng tinh thể, nó dẫn điện tốt, giống như kim loại. Ở trạng thái vô định hình, độ dẫn điện bị suy giảm đáng kể, điều này đảm bảo rằng tải bị tắt khi xảy ra chế độ bất thường.

Các cầu chì như vậy được sử dụng trong các thiết bị bảo vệ để loại bỏ sự xuất hiện của tình trạng quá tải lặp đi lặp lại khi việc thay thế cầu chì hoặc thao tác thủ công của người vận hành gặp khó khăn. Đây là lĩnh vực thiết bị điện tử tự động được sử dụng rộng rãi trong công nghệ máy tính, thiết bị di động, công nghệ đo lường và y tế cũng như phương tiện giao thông.

Hoạt động đáng tin cậy của cầu chì tự phục hồi bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh và lượng dòng điện chạy qua nó. Để được tính toán, các điều kiện kỹ thuật đã được đưa ra:

• dòng truyền, được định nghĩa là giá trị tối đa ở nhiệt độ +23 độ C, không kích hoạt thiết bị;

• dòng điện hoạt động, như một giá trị tối thiểu, ở cùng nhiệt độ, dẫn đến sự chuyển đổi của polyme sang trạng thái vô định hình;

• giá trị tối đa của điện áp hoạt động được áp dụng;

• thời gian đáp ứng, được đo từ thời điểm xuất hiện dòng điện khẩn cấp cho đến khi ngắt tải;

• tản nhiệt, xác định khả năng truyền nhiệt ra môi trường của cầu chì ở +23 độ;

• điện trở ban đầu trước khi kết nối để làm việc;

• sức đề kháng đạt 1 giờ sau khi kết thúc hoạt động.

Những người bảo vệ tự phục hồi có:

• kích thước nhỏ;

• trả lời nhanh;

• Công việc ổn định;

• bảo vệ kết hợp các thiết bị khỏi quá tải và quá nóng;

• không cần bảo trì.

Các loại thiết kế cầu chì

Tuỳ theo nhiệm vụ mà người ta tạo ra cầu chì để làm việc trong mạch điện:

• lắp đặt công nghiệp;

• đồ điện gia dụng dùng chung.

Bởi vì chúng hoạt động trong các mạch có điện áp khác nhau nên vỏ được sản xuất với các đặc tính điện môi đặc biệt. Theo nguyên tắc này, cầu chì được chia thành các cấu trúc hoạt động:

• với các thiết bị điện áp thấp;

• trong các mạch lên đến và bao gồm 1000 volt;

• trong các mạch thiết bị công nghiệp điện áp cao.

Thiết kế đặc biệt bao gồm cầu chì:

• thuốc nổ;

• đục lỗ;

• với sự dập tắt hồ quang khi mạch mở ra trong các kênh hẹp của chất độn hạt mịn hoặc sự hình thành khí tự động hoặc vụ nổ chất lỏng;

• cho xe cộ.

Dòng sự cố giới hạn của cầu chì có thể thay đổi từ một phần của ampe đến kiloampe.

Đôi khi thợ điện, thay vì cầu chì, lắp đặt một dây đã hiệu chuẩn trong vỏ. Phương pháp này không được khuyến nghị, bởi vì ngay cả khi lựa chọn chính xác mặt cắt, điện trở của dây có thể khác với khuyến nghị do tính chất của chính kim loại hoặc hợp kim. Cầu chì như vậy chắc chắn sẽ không hoạt động.

Một sai lầm thậm chí còn lớn hơn là vô tình sử dụng "lỗi" tự chế.Chúng là nguyên nhân phổ biến nhất gây ra tai nạn và hỏa hoạn trong hệ thống dây điện.