دانلود تحقیق فیوز های الکتریکی

فیوز وسیله ای است جهت محافظت از مدارهای الکتریکی در مقابل بروز اشکالات ناشی از عبور جریان اضافی در آن، که به وسیله ذوب شدن و قطع المنت داخلی آن که معمولاً از جنس نقره یا مس می باشد مدار باز شده و جریان بصورت آنی قطع می گردد.

شکل 1- اجزاء تشکیل دهنده یک نوع فیوز ولتاژ پایین را نشان می دهد که ممکن است در آن بیش از یک المنت به صورت موازی در داخل محفظه ای که از ماسه کوارتز پودر شده و یا پودر چینی پر شده است وجود داشته باشد.

بدنه فیوز معمولاً از جنس سرامیک و گاهی ممکن است از فایبر گلاس آمیخته با رزین ساخته شود.

در هر یک از دو انتهای بدنه، یک کلاهک برنجی پرس شده وجود دارد که المنتهای داخلی به آن متصل به کلاهکهای آن انجام می شود.

که متناسب با کاربرد فیوز دارای انواع مختلفی است.

هنگامیکه جریان اضافه برای مدت زمان کافی از مداری عبور کند به شرح زیر به تجهیزات آن مدار صدمه مدار می سازد.

الف- حرارت اضافه یا گرمای زیاد به بستگی به مربع مقدار مؤثر جریان عبوری از مدار دارد که در اثر آن ممکن است به واسطه کار در درجه حرارت بالا، به عایقهای مدار صدمه جبران ناپذیری وارد شود.

اگر جریان به قدر کافی زیاد باشد.

ممکن است هادیهای فلزی مدار نیز ذوب شوند.

ب- نیروهای الکترو مغناطیسی که متناسب با مربع پیک جریان هستند.

تحت شرایط خطای اتصال کوتاه سنگین، ممکن است شکست مکانیکی تجهیزات اتفاق افتد، بویژه اگر درجه حرارت نیز بالا باشد که در این صورت چون مقاومت مکانیکی مواد عمدتاً با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد اثرات مخربتری به وجود می آید.

بعضی قطعات مانند نیمه هادیهای قدرت بالا، به انرژی آزاد شده در قطعه در خلال یک پالس کوتاه مدت حساس هستند.

اگر مقاومت اهمی قطعه ثابت انتخاب شود در این صورت انرژی آزاد شده در یک پالس با مدت T متناسب با خواهد بود.

این انتگرال عموماُ به عنوان « i2 t» پالس شناخته می شود.

طرحهای مختلف فیوز برای حفاظت انواع مختلف تجهیزات الکتریکی در مقابل اثرات جریان اضافی و یا انرژی اضافی فوق الذکر وجود دارند که از آنجائیکه از بحث این کتاب خارج می باشد در مورد آنها صحبت نمی گردد.

خوانندگان عزیز می توانند به بروشروهای تبلیغاتی شرکت فیوزسازی مراجعه نمایند.

نمودارهای عمومی
به عنان اولین قدم در درک طریقه ای که یک فیوز عمل می کند( با بعضی اوقات می سوزد)، نمودارهای عمومی جریان، ولتاژ و درجه حرارت فیوز در طی یک عمل قطع نشان داده شده در شکل های (2)، (2-3)،(2-4)،(2-5) را در نظر بگیرید.

جریان انتظاری نشان داده شده روی این شکلها جریانی است که در مدار جاری می شد اگر فیوز عمل نمی کرد و همچنین امپدانس المنت فیوز صفر در نظر گرفته می شد.

بعد از وقوع یک خطا که باعث عبور جریان و بدنبال آن باعث عملکرد دقیق می گردد، دو ناحیه متمایز زمانی وجود دارد.

یکی زمان قبل از ایجاد قوس و دیگری زمان برقراری قوس است.

دراثنای زمان قبل از قوس یا به عبارتی پیش قوس ( زمان ذوب شدن) درجه حرارت المنت فیوز آنقدر افزایش می یابد تا اینکه نقطه ذوب فلز در یک یا چند نقطه از طول المنت فرا می رسد.

سپس المنت فیوز قطع شده و بین دو انتهای ذوب شده المنت که پاره شده است قوس الکتریکی برقرار می گردد.

در لحظه برقراری قوس یک افزایش قابل ملاحظه در ولتاژ دو سر فیوز ایجاد می گردد که دلیل آن بعداً توضیح داده می شود.

در اثنای زمان قبل از قوس، وقتی که جریان مدار بسیار زیاد است، یک افزایش جزئی در ولتاژ دو سر فیوز مشاهده می شود، که این ناشی از مقاومت اهمی المنت فیوز است که با درجه حرارت افزایش یافته است.

جرقه، در خلال و در فاصله زمانی برقراری قوس ادامه می یابد تا سرانجام قطع نهائی جریان فرا می رسد و قوس خاموش می گردد.

شکل های (2-2) و (2-4) نمودارهایی را در شرایط اتصال کوتاه برای مدارات dc و ac در یک حالت خاص نمایش می دهند.

چنانکه از این اشکال دیده می شود فیوز جریان خطای مورد انتظار را قطع می کند یعنی جریان خطا را در یک مقدار کمتر از پیک جریان انتظاری محدود می نماید.

این محدودیت جریان، یکی از خواص مهم فیوزها ست که اثرات حرارتی و الکترو مکانیکی را بطور جدی و موثر کاهش می دهد.

در این شرایط اندازه زمان قبل از قوس و قوس تقریباً مساوی می باشند.

شکلهای ـ2-3) و (2-5) مجدداً نمودارهایی را برای مدارات dcو ac نشان می دهند در این موارد جریان های انتظاری نسبتاً پایین هستند( همانند جریان اضافه بار) که منجر به گرم شدن آهسته وتدریجی فیوز می شود.

در این حالت زمان قبل ازقوس نسبتاً طولانی و شاید هم چند ساعته است ولی زمان جرقه در مقایسه با آن بسیار ناچیز است.

شکل (2-5) نشان می دهد که قبل از اینکه جریان کاملاً متوقف گردد جریان مدار ممکن است چندین نیم سیکل ac را طی نماید.

شکل بنابراین به نظر می رسد که در بعضی از موارد خاموش شدن قوس موقعی که جریان پایین است مشکل تر از وقتی است که جریان زیادی خصوصاً در مواقع اتصال کوتاه از مدار عبور می نماید.

دلیل این امر در قسمتهای بعدی توضیح داده می شود.

توزیع گرما و حرارت در المنت فیوز رفتار و عملکرد اشاره شده فوق الذکر دقیقاً بستگی به توزیع گرما در طول المنت قبل از ذوب شدن دارد.

همچنانکه از روی شکل مشخص است درجه حرارت المنت در لحظات اولیه عبور جریان در سرتاسر طول المنت و در تمام آن بطور یکنواخت پخش می شود زیرا که زمان کافی جهت افت و اتلاف حرارت در اثر انتقال به کلاهکهای در سر فیوز وجود ندارد.

با پیشرفت زمان منحنی توزیع گرما تقریباً به صورت بیضی درآمده و گرمترین نقطه در وسط المنت خواهد بود.

این بدان معنی است که در اتصال کوتاههای شدید که دامنه جریان بسیار زیاد است، درجه حرارت در زمان ذوب بطور یکنواخت در سرتاسر طول المنت فیوز توزیع می گردد و در نتیجه المنت سریعاً ذوب شده و قوسهای متعددی ایجاد می گردد.

بالعکس اگر جریان کم باشد زمان قبل از قوس افزایش یافته و درجه حرارت وسط المنت ایجاد می گردد.

بنابراین توزیع گرما در المنت درست قبل از ذوب آن نه تنها مشخص می کند که آیا قوس تکی یا چند تائی است بلکه تأثیر عمقی دررفتار و عملکرد فیوز در فاصله زمانی قوس دارد.

جریان نامی و حداقل جریان ذوب شدن فیوز جریان نامی تعیین شده برای یک فیوز فرقی با میزان جریان تعیین شده بری سایر تجهیزات الکتریکی ندارد.

به عبارت دیگر جریان نامی، جریانی است که توسط کمپانی سازنده فیوز تعیین گردیده که فیوز می تواند تحت شرایط کاری خود بطور پیوسته و مداوم و بدون سوختن، آن را از خود عبور دهد.

جریان نامی فیوز توسط حداکثر درجه حرارتی که قطعات فیوز( خصوصاً المن فیوز) مجاز است بطور مداوم و پیوسته در آن کار کند تعیین می شود.

بنابراین بیان مرز یا حد مقدار جریان یک فیوز و پیوسته در آن کار کند تعیین می شود.

بنابراین بیان مرز یا حد مقدار جریان یک فیوز ما را به سوی اینکه فیوز قابلیت یا توانائی محافظت از وسیله و ابراز الکتریکی را دارد هدایت نمی کند و جریانی بیش از حداکثر جریان ( جریان نامی) مورد نیاز است تا باعث ذوب شدن المنت یا سوختن آن شود.

حداقل جریان ذوب شدن فیوز (mfc) کمترین مقدار جریانی است که منجر به ذوب شدن المنت فیوز می شود.

این چنین ذوب شدنی تا زمانیکه منجر به قطع گردد به قطع گردد.

بطور تئوری می تواند در فاصله زمانی های مختلفی صورت پذیرد، اما در عمل جریانی که باعث سوختن یا ذوب شدن فیوز در ظرف چند ساعت گردد به عنوان (mfc) تعریف می شود فاکتور ذوب به شرح زیر تعریف می گردد: که معمولاً این فاکتور مابین 25/1 -2 می باشد و نسبت به طرح و نوع و فیوز متغیر است.

بنابراین فاکتور ذوب اصولاً به فاصله موجود بین نقطه ذوب فلز المنت فیوز و حداکثر درجه حرارتی که فلز المنت فیوز بطور پیوسته و مداوم مجاز است که در آن کار کند، بستگی دارد.

فاکتور ذوب یک مفهوم مفید و کلی است و با آزمایش به طریقی که در استانداردهای فیوز مشخص شده است به خوبی بدست می آید اما کاربرد آن خالی از مشکلات نیست.

در عمل حداقل جریان ذوب می تواند بر حسب محیطی که فیوز در آن مورد آزمایش واقع می شود بطور قابل ملاحظه ای تغییر یابد و همچنین مشکلی که در تعریف مقدار زمان بی نهایت وجود دارد یک اصل واضح و آشکار است که کاربرد این فاکتور مفید را بطور دقیق تحت سئوال می برد.

استاندارد IEC با مشخص نمودن زمان لازم برای ذوب، دو جریان ذوب و غیر ذوب را تعریف می کند.

جریان غیر ذوب همان جریان نامی فیوز است در حالیکه جریان ذوب می باید توسط کارخانه سازنده مشخص گردد که معمولاً با داشتن فاکتور ذوب می تواند محاسبه شود.

بنا به تعریف، جریان ذوب جریانی است که فیوز در یک زمان قراردادی مشخص قطع می گردد.

زمان برقراری مدت زمانی است که در زمان حرارت درطول فیوز به حالت ماندگار رسیده است و از این رو برای فیوز های بزرگتر با ظرفیت حرارتی بالاتر این زمان طولانی تر می شود.

به فرض اینکه ازشرایط آزمایشی استاندارد IEC استفاده شود زمان قراردادی برای فیوزهای ولتاژ پایین به شرح زیر تعیین شده اند.

مشخصه های جریان- زمان نمونه ای از مشخصه جریان- زمان، که زمان قبل از قوس را به مقدار موثر (r.m.s) جریان انتظاری نسبت می دهد در شکل ( 2-7) ترسیم شده است.

اگر جریان عبوری از فیوز کمتر از حداقل جریان ذوب باشد یک خط حرارتی ثابت و ماندگار ایجاد می شود.

در این شرایط مقدار تولید گرما در داخل المنت فیوز که همان انرژی گرمائی ژول است با اتلاف گرما و انتقال آن به محیط اطراف فیوز دقیقاً به حالت تعادل آمده است.

گرما به دو صورت منتقل می گردد: اولی از طریقه هدایت محوری در طول المنت فیوز به کلاهکهای دو سر فیوز و دومی به وسیله هدایت از طریق پوتدر چینی پر کننده داخل بدنه فیوز و سپس از طریق کنوکسیون و تشعشع در فضای محیط اطراف فیوز: هنگامیکه- جریان در فیوز از حداقل ذوب بیشتر می شود، انرژی گرمائی ژول تولید شده بیش از گرمای اتلاف شده گردیده و درجه حرارت المنت فیوز شروع به افزایش می نماید پیش از آنکه بتواند به شرایط تعادل گرمائی جدید برسد عمل ذوب شدن المنت و سوختن فیوز اتفاق می افتد.

اگر جریان انتظاری را باز هم افزایش دهیم، زمان ذوب شدن کاهش می یابد.

این نسبت معکوس بین زمان و جریان این واقعیت را که فلز المنت فیوز دارای ضریب حرارتی مثبت مقاومتی است تأیید می کند، یعنی اینکه المنت گرمتر دارای مقاومت الکتریکی بیشتر است و در نتیجه افزایش انرژی گرمائی ژول را در پی دارد.

برای جریانهای انتظاری خیلی بالا، فرصت و زمان کافی جهت اتلاف و افت گرما که قابل توجه باشد وجود ندارد و می توان فرض نمود که تمامی انرژی داده شده به المنت بصورت انرژی گرمائی در المان با افزایش درجه حرارت المنت ذخیره گردیده است.

الف- در ناحیه زمان طولانی مقدارخنک کنندگی محیط اطراف اهمیت دارد، در این ناحیه شرایط گرمائی موجود بصورت تدریجی تغییر می نماید.

بنابراین عواملی نظیر درجه حرارت محیط، تهویه هوا، اندازه کابل های اتثال و باس بارها، باعث تغییرات مشخصه جریان- زمان خواهد شد.

ب- در ناحیه زمانی کوتاه، زمان قبل از قوس قابل مقایسه با ثابت های زمانی مدار الکتریکی تغذیه کننده فیوز می باشد و اثر شکل موج جریان انتظاری با اهمیت تلقی می شود.

در حالیکه در ناحیه زمان طولانی اینطور نیست زیرا که در این ناحیه فقط اثر تکمیل شده موج که به مقدار موثر) (r.m.sجریان بستگی دارد، زمان ذوب شدن را مشخص می کند.

برای زمانهای کوتاه، زمان ذوب شدن برای یک جریان انتظاری (r.m.s داده شده ( نسبت به اینکه ثابت زمانی مدار تغذیه چقدر باشد و اینکه برای یک جریان a.c در چه نقطه از موج ولتاژ مدار را بسته ایم) می تواند بطور وسیعی تغییر نماید.

پراکندگی جریان در ناحیه زمان کوتاه بعضی اوقات بوسیله ترسیم مشخصه در این ناحیه بر حسب زمان واقعی tv قابل نمایش است.

این ایده بر اساس فرضیه ایکه انتگرال I2t قبل از برقراری قوس ثابت است پایه گذاری شده است.

زمان واقعی زمانی است ک فلز المنت فیوز ذوب می شود در صورتیکه جریان در تمام لحظات ثابت و برابر مقدار مؤثر (r.m.s) جریانانتظاری (I) باشد.

در این صورت: بنابراین انتگرال I2t قبل از برقراری قوس می تواند از طریق یک آزمایش به دست آید.

بهرحال مفهوم زمان واقعی، از نظر عمل کاربرد چندانی ندارد.

قوس الکتریکی تشکیل اولیه قوس در داخل یک فیوز به طریقه ای که المنت فیوز اصطلاحاً خرد می گردد وابسته است.

بعضی از محققان قدیمی معتقد بودند که قبل از آنکه قوس الکتریکی شروع شود تمام المنت فیوز می بایست تبخیر شود.

برای تبخیر یک گرم نقره ابتدا باید حرارت به نقطه ذوب برسد و سپس در نقطه ذوب جامد به حالت مایع و سپس به نقطه جوش رسیده و بالاخره در نقطه جوش مایع تبدیل به بخار گردد.

ولی اندازه گیری ها نشان داده است که فقط لازم است.

درجه حرارت المنت به نقطه ذوب افزایش پیدا کند و حدوداً 25% از آن به حالت مایع تغییر شکل دهد در این نقطه المنت نا پایدار است و نیروی الکترو مغناطیسی بحرانی و سایر نیروها توسط پروسه ایکه کاملاً قابل درک نیستند باعث قطع سریع المنت می گردند.

بعضی اوقات سیمهای گرد با فرم دادن اولیه به صورت ناهمگن ( باریک و ضخیم) درآمده و قطع شدن در محل باریک سیم باعث ایجاد یک سری قوسهائی می شود که به قطر سیم و اندازه طول المنت بستگی دارد.

در دانسیته جریان زیاد، خرد شدن هر قوس( در فیوزی که با پودر شنی پر شده است) حدود 50 ولت می باشد بنابراین وقتی که المنت فیوز در نقاط زیاید ذوب شود، قوسهای کوچک در نقاط مختلف المنت فیوزایجاد می شود که با توجه به اینکه ولتاژ دو سر هر قوس 50 ولت می باشد، باعث می گردد که ولتاژ در طول فیوز به طور ناگهانی از مقدار کم به مقداری برابر با جمع ولتاژ های ایجاد شده در طول المنت ( که n تعداد سری قوسهای الکتریکی است) پرش داشته باشد.

افزایش ناگهانی در ولتاژ فیوز ممکن است به عنوان نیروی محرکه (emf) برگشتی تعبیر شود که جهت آن خلاف جهت جریان است و با عث کاهش مقدار افزایش جریان می شود.

و جریان مدار با رابطه زیر تعریف می گردد: که در آن: در مدت زمان قبل از ایجاد قوس uf خیلی کوچک است و بنابراین اثر ناچیزی روی نرخ رشد جریان دارد وقتی که قوس ها بوجود می آیند مقدار uf بزرگ می شود.

اگر باشد، منفی شده و بنابراین جریان مدار محدود می گردد.

برای از بین بردن سریع اتصالی مدار، ولتاژ قوس الکتریکی می باید زیاد باشد شکل (2-11) نشان می دهد که چگونه این موضوع عملاً با استفاده از المنت چند شیاری که با ماسه پرشده باشد بدست می آید.

ولتاژهای قوسهای الکتریکی در دو مورد زیر زیاد می شود: الف- پدیده سوخت به عقب burnback که موجب افزایش در طول قوس می شود ب- خنک کردن با جذب گرما از قوس الکتریکی بتوسط ذوب ماسه های اطراف و جوش خورد آنها به یکدیگر که گرمای ذخیره شده در قوس را جذب می کند.

انتخاب تعداد محل اتصالات المنت امکان کنترل تغییرات دینامیکی ولتاژ قوس الکتریکی را در طراحی به وجود می آورد.

همچنانکه ایجاد قوس پی می رود ماسه اطراف کانال قوس به شکل یک لوله توخالی در می آید که به «فولگرایت» معروف است.

این پروسه و فرآیند درشکل (2-12) نشان داده شده است.

متأسفانه مدار تحمل ولتاژی مدارهای جانبی همانطوری که در شکل (2-13) نشان داده شده است محدود است.

بنابراین در طراحی فیوز ولتاژ قوس را نمی تون از حدی زیادتر برد تا باعث قطع سریع مدار گردیم، چرا که انجام این عمل ممکن است به وسائل مدارهیا جانبی آسیب برساند.

بنابراین مشکل طراح فیوز این است که بتواند فیوزی تولید کند که توانائی قطع سریع را داشته باشد بدون اینکه بنحو خطرناکی ایجاد ولتاژ در مدار نماید.

فیوزهای محدود کننده جریان فیوزهائی که ولتاژ های قوس الکتریکی بالا را تولید می کنند و این ولتاژ ها را در مدت زمان برقراری قوس حفظ می نمایند می تواننند جریان را درمدار به مقداری خیلی پایین تر از حد بالای (پیک) جریان مورد انتظار محدود کنند.

مشخصه قطع فیوز در شکل (2-14) نشان داده شده است.

فیوزهای با المنت های دندان اره ای متعدد در داخل ماسه ذاتاً تمایل به محدود کردن جریان عبوری دارند.

شکل این فیوزها همچنین کل i2t که در اثنای عملکرد فیوز قابلیت عبور دارد را محدود می کنند.

مشخصه این نوع فیوز در شکل (2-15) نشان داده شده است.

این نوع فیوزها در زمان قطع نمودن مدار مقدار زیادی انرژی داخل کپسول خود آزاد می کنند و فیوز بایستی بتواند این مقدار انرژی را بدون خرابی جذب کند.

مقدار انرژی که بایستی توسط سیم فیوز جذب شود می تواند از طریق روابط زیر حساب شود.

در اثنای قوس الکتریکی روابط و معادلات مدار به صورت زیر حاکم می باشند( به شکل 2-10) مراجعه شود) با ضرب کردن در i و مرتب کردن رابطه زیر بدست می آید: با انتگرال رابطه بالا در زمان ta که همان زمان قوس الکتریکی است رابطه زیر به دست می آید: جائی که: مقدار انرژی قوس الکتریکی که توسط سیم فیوز جذب می شود مقدار انرژی که توسط منبع در زمان قوس الکتریکی داده می شود مقدار انرژی که در مقاومت منبع- مدار به هدر می رود مقدار انرژی ذخیره شده القائی در منبع- مدار در آغاز قوس الکتریکی ( وقتی جریان io می باشد) مقدار جریان انتظاری در عمل نتیجه خطاها و عیوبی است که در نقاط مختلف سیستم قدرت اتفاق می افتند.

از آنجائیکه خطاهای مختلف با معادل امپدانسی مختلف در عمل دارای نسبت تقریباً ثابتی می باشند، در هنگام تست فیوز نیز مقدار امپدانس منبع را طوری تغییر می دهند که مقدار همیشه ثابت باشد.

تحت این شرایط تغییرات برای یک سیم فیوز در شکل (2-16) نشاند داده شده است.

هر سه منحنی یک پیک را نشان می دهند.

دلیل وجودی این پیک ها بقرار زیر است: الف- پیک در EL برای مقادیر پایین جریان انتظاری، مقدار جریان در آغاز قوس (io) پایین است بنابراین پایین خواهد بود.

همانطور که جریان انتظاری زیاد می شود ioزیاد شده و سپس EL افزایش می یابد.

بهر حال افزایش در جریان انتظاری در هنگام تست با کم کردن L به دست می آید، و سرانجام نقطه ای می رسد که کاهش در L تأثیر زیادتری از افزایش در io دارد( بنا به طبیعت محدود کننده جریان فیوز) EL شروع به افت می کند.

ب- پیک در ES چون می باشد روشن است که برای به دست آوردن مقدار بالای ES هم u(t) و هم i بایستی در مدت زمان قوس الکتریکی ta مقدار بالائی داشته باشند و همچنین مدت زمان قوس زیاد باشد.

برای اینکه این اتفاق بیافتد ذوب شدن المنت بایستی درست قبل از پیک ولتاژ تغذیه انجام شود و این فقط در یک محدوده معین و بحرانی جریان انتظاری اتفاق خواهد افتاد.

بطریقی دیگر می توان گفت که با زیاد نمودن جریان انتظاری ابتدا مقدار ES افزایش می یابد چرا که جریان در اثنای قوس زیاد شده است تا اینکه به یک حد معین از جریان برسیم که از آن به بعد اثر زیاد شدن جریان با کاهش در زمان قوس الکتریکی (ta) پس زده می شود و در نتیجه ES کاهش می یابد.

اینکه زمان قوس با افزایش جریان انتظاری کاهش می یابد از رابطه (1) مشخص است چرا که اگر فیوز از نوع محدود کننده جریان باشد مقدار است و با توجه به اینکه وقتی جریان بالاست مقدار L کم است نتیجه می گیریم که مقدار منفی بالائی خواهد داشت که نشان می دهد که زمان قوس کاهش یافته است ج- پیک در EA چون کوچک می باشد پیک های قویاً در شکل منحنی کل انرژی قوس الکتریکی EA همانطوریکه در شکل (2-17) نشان داده شده است تأثیر خواهند گذاشت.

جریان انتظاری مربوط به مدار پیک EA ( که در شکل 2-17) به عنوان I2 نشان داده شده است) مشکل ترین مقدار جریان خطاست که فیوز در شرایط اتصال کوتاه مدار بایستی قطع کند یعنی جریانهای انتظاری بالا) اما از جریان I2 به بالا مقدار انرژی قوس الکتریکی کاهش می یابد و بنابراین ظاهراً می توان فیوز را با جریانهای شکست خیلی بالاتری مورد استفاده قرار داد.

اما در جریان I1 نیروهای الکترو مغناطیسی باعث تخریب فیوز خواهند شد.

بنابراین ظرفیت شکست فیوز در جریان I1 محدود می گردد.

شکل ( 2-17) چگونگی تغییرات کل انرژی قوس الکتریکی با جریان انتظاری برای یک سیم فیوز فشار قوی HV(1) محدود کننده جریان را نشان می دهد.

در ناحیه اتصال کوتاه، ماکزیمم جریان شکننده I1 و جریان بحرانی I2 ( انرژی ماکزیمم قوس) همانطوری که در موردشان صحبت شد وجود دارند.

اگر جریان انتظاری را کاهش دهیم، همانطور که انتظار می رود ابتدا انرژی قوس الکتریکی می کند، اما در جریانهای پایین انرژی قوس الکتریکی دوباره شروع به بالارفتن می کند وقتی جریان مساوی جریان حداقل فیوز می شود انرژی قوس زیاد می شود و می تواند حدوداً با انرژی حداکثر که با جریان اتصال کوتاه بحرانی I2 بوجود آمده است برابری کند.

مشکلی که در قطع جریانهای پایین وجود دارد معلول انتقال از تعدد قوس به یک قوس در زمان کاهش جریان می باشد.

در شرایط قوس واحد، ولتاژ قوس اولیه به اندازه ای نیست که کاهش قابل ملاحظه ای را در جریان مدار به وجود آورد.

ولتاژ قوس همچنانکه طول قوس با سوختن المنت زیاد می شود روی هم انباشته می گردد، اما این پروسه به علت پایین بودن جریان نسبتاً آهسته می باشد.

سرانجام با تلفیق پدیده سوخت به عقب و ازدیاد فشار در کپسول،ولتاژ قوس ممکن است به اندازه ای زیاد شود که خاموش سازی قوس را نتیجه دهد.

بهر حال این مورد با فیوزهای محدود کننده جریان ولتاژ بالاغیر محتمل می باشد،چرا که ولتاژ اولیه نسبت به ولتاژ تغذیه کوچک است.

بیشتر فیوزهای ولتاژ بالا نمی توانند جریانی را که زیر حداقل قطع باشد قطع کنند که این مقدار در شکل(2-17) به عنوان I2 نشان داده شده است.

با توجه به موضوع بالا بیشتر فیوزهای ولتاژ پایین قابلیت قطع جریان در کل محدوده جریانی خود یعنی از جریان فیوزینگ مینیمم الی ظرفیت شکست را دارند و به آنها فیوزهای همه منظوره ( General purpose) می گویند.اما فیوزهائی که فقط می توانند جریان را در یک محدوده معین یعنی از جریان I3الی I1 قطع نمایند فیوزهای پشتیبان «back-up» نامیده می شوند.

این نوع فیوزها می باید همراه با یک کلید قطع کننده استفاده گردند.

که در اینصورت کلید دارای ظرفیت کمی است و برای قطع جریانهای اضافه بار مورد استفاده قرار می گیرد در حالیکه فیوز به عنوان پشتیبان کلید در قطع جریانهای اتصالی عملکرد خود را نشان می دهد.

فیوزهای محدود کننده جریان با المنت های مسی یا نقره ای قرار گرفته در ماسه برای مصارف ولتاژ پایین، ولتاژ بالا و حفاظت نیمه هادی قدرت مورد استفاده قرار می گیرند.توانائی محدود کردن جریان در این فیوزها بر اساس ولتاژ بالائی است که در دو سر هر قسمت از قوس های متشکله در فیوز بوجود می آید و در اثر سوختن المان بصورت برگشتی (Bum Back) ولتاژ بوجود آمده در زمان قوس مقدار بالایی خود را حفظ می نماید.

فیوزهای غیر محدود کننده جریان (معمولی) این نوع فیوزها، ولتاژ قوس الکتریکی به قدر کافی بالا را در اثنای زمان تشکیل قوس برای ایجاد خاصیت محدود کنندگی جریان بوجود نمی آورند، و بنابراین ظرفیت قطع آنها بسیار پایین تر از انواع محدود کننده جریان است با وجود این از انجائیکه قیمت آنها ارزانتر است، غالباً در جائی که جریان انتظاری خطا بالا نیست کاربرد می یابند.

انواع مختلف این فیوزها بقرار زیرند: الف- قابل سیم پیچی مجدد( نیمه بسته) این نوع فیوز برای مدارهای خانگی (ولتاژ پایین استفاده می شود و به سادگی شامل یک سیم مسی قلع اندود می باشد که در حفاظ فیوز قرار دارد.

حفاظ مذکور دارای آستری ازمواد نسوز است که باعث می شود اثرات تخریبی تخلیه گرمای فلز و گازهای تولید شده ناشی از قطع سیم فیوز به حداقل برسد.

ب- فیوز جهنده (Expulsion Fuse) اصول کاری فیوز جهنده در شکل ( 2-18) نشان داده شده است المان اصلی فیوز کوتاه است و تحت کشش یک فنر توسط یک سیم کششی دیگر قرار گرفته است.

مجموعه این دو سیم در یک تیوپ پوشیده شده از مواد عالی با خاصیت خاموش کننده قوس قرار گرفته اند.

سیم کشی موازی شده با المان اصلی فیوز دارای قدرت کششی بالا و همچنین مقاومت الکتریکی بالائی است.

هنگامیکه خطا اتفاق می افتد المان اصلی فیوز ذوب می شود و جریان به سیم کششی منتقل می گردد که سریعاً قطع می شود و باعث آزاد شدن فنر می گردد و بنابراین قوس کشیده می شود.

قوس با آزاد شدن گازها خاموش کننده از اطراف دیواره های تیوپ خاموش می گردد.

در این نوع فیوزها هیچ نوع اثر محدود کنندگی جریان وجود ندارد و همانند دژکتورها جریان در وقتیکه از نقطه صفر جریان عبور می کند قطع می گردد و بنابراین جریان پس از چند سیکل همانند آنچه که در دژنکتورها اتفاق می افتد قطع می شود.

این مسئله کاملاً با متد قطع درفیوزهای محدود کننده جریان( که در آنها جریان اتصال کوتاه در اولین نیم سیکل جریان و حتی قبل از اینکه جریان انتظاری از اولین صفر خود عبور کند قطع می شود) تفاوت دارد.

فیوزهای جهنده عمدتاً در شبکه های توزیع ولتاژ بالا استفاده می شوند.

بعضی از فیوزهای جهنده برای بالا بردن قدرت خاموش کنندگی قوس از اسید بوریک استفاده می کنند.

ج- فیوز پر شده از مایع از بعضی از جنبه با فیوز جهنده شباهت دارد این نوع فیوز در شکل (2-19) نشان داده شده است.

در اینجا قوس طولانی شده در یک مایع خاموش کننده قوس به طور ناگهانی سرد می شود.

این فیوزها می توانند بعد از عمل شارژ مجدد شوند و برای حفاظت از ترانسفورمرها در سیستم توزیع محلی استفاده می شوند.

نتیجه در این فصل اصول اساسی قطع جریان توسط فیوز با توجه به مدار الکتریکی که فیوز در آن قرار گرفته است را توصیف نمودیم.

اصول بر شمرده شده پایه اساسی طراحی برای فیوزهای مختلف می باشند که در موارد مختلف کاربرد خود را در طراحی فیوز نشان می دهند.

این فیوز ها در انواع و سائل الکتریکی بقرار زیر مورد استفاده قرار می گیرند: 1- صنعتی ولتاژ پائین همه منظوره 2- حفاظت موتور LV(ولتاژ پائین) 3- حفاظت نیمه هادی قدرت 4- قطع کننده های توزیع خانگی 5- فیوزهای خانگی 6- فیوزهای مینیاتوری برای وسائل الکترونیکی 7- شبکه های توزیع HV (ولتاژ بالا) 8- موتورهای HV (ولتاژ بالا) 9- ترانسفورمرهای ولتاژ 10- و انواع بسیار دیگر مسائل عمقی تر در مورد جوانب تئوری کارکرد فیوز و کاربردهای عملی آن در فصول بعدی این کتاب ارائه شده است.

کاربردهای عملی مقدمه شرایط اساسی وکلیدی برای کاربرد عملی یک فیوز در حفاظت از یک وسیله الکتریکی به شرح زیر می باشد: الف- در مواقعی که یک عیب مخرب در دستگاه رخ می دهد مدار باید بدون خطر قطع شود و باعث خرابی دستگاه نشود.

ب- همانند سایر وسائل حفاظتی قطع مدار معیوب بایستی در کار دیگر قسمتهای سالم مار تعللی بوجود نیاورد و به اصطلاح هماهنگی وسائل حفاظتی می یابد حفظ گردد.

در این مبحث ما فیوزهای ولتاژ پایین و ولتاژ بالا را در صنعت مورد بررسی قرار می دهیم.

فیوزها حداقل KA2 می باید باشد و از طرف دیگر قطع کنندگی تا KA 80 نیز در بازار موجود است.

تبصره 2 استاندارد IEC 269 بخصوص در مورد فیوزهای ولتاژ پایین در کاربردهای صنعتی بحث می کند هدف استاندارد کردن در این مورد این است که یک فیوز با نمونه ای دیگر که توسط سازنده ای دیگر ساخته شده قابل تعویض باشد که این موضوع مستلزم این است که مشخصه ها و پارامترهای الکتریکی در محدوده خاصی قرار گیرند و نیز از نظر ابعاد فیزیکی قابل تعویض باشند.

کلمه صنعتی دراین متن به فیوزهائی اشاره دارد که قابل دسترسی بتوسط افراد متخصص می باشند.

فیوزهای صنعتی ممکن است یا بصورت همه منظوره( اغلب سیم های فیوز در این دسته قرار دارد) و یا به صورت پشتیبان همانطوریکه که در فصل قبل تعریف شد باشند در مورد فیوزهای پشتیبان طبق استاندارد رنج جریان عملکرد آنها می یابد مشخص گردد.

میزان جریان های توصیه شده در استاندارد Reynard سری 10 R بر حسب آمپر درزیر داده شده است.

میزان ولتاژ نامی بستگی به ولتاژ کاری استاندارد در کشورهای مختلف دارد و بر حسب ولت بصورت زیر می باشد.

تستهای لازم استاندارد نما، تستهای زیر را برای فیوزها توصیه نموده است.

انجام این تستها گذشته از اینکه مشخصه فیوزهای مختلف را تعیین می کند، باعث می گردد که امکان تعویض فیوزهای ساخت کارخانجات مختلف با یکدیگر فراهم گردد تلفات قدرت و قدرت قابل حمل: افزایش درجه حرارت سیم های فیوز تحت شرایط جریان نامی به مقدار تلفات قدرت سیم فیوز و قدرت قابل تحمل (امپدانس حرارتی) بدنه فیوز و پایه فیوز بستگی دارد.

با توجه به این موضوع افزایش درجه حرارت اجزاء مختلف می بایستی در یک محدوده مشخصی قرار گیرد.

ب- جریان قراردادی: در قسمت انتهائی بخش« زمان طولانی» مشخصه TCC فیوز، دو جریان If ( جریان ذوب قراردادی) و Inf( جریان غیر ذوب قراردادی) می باید تعیین و مشخص شوند.

بر طبق صحبتی که قبلاً شد از روی این دو جریان، فاکتور فیوزینگ بدست می آید.( رجوع شود به مطالب بخش 4 فصل قبلی) ج- محدوده مشخصه جریان- زمان: مشخصه جریان- زمان باید در محدوده خاص تعیین شده بتوسط استاندارد قرار بگیرد.

تا اینکه فیوزهای ساخته شده توسط کارخانه های مختلف دارای قدرت تشخیث عیب تقریباً یکسان باشند.

دو محدوده مختلف برای فیوزهای کمتر ازA 100 مشخص شده است که مقدار این دو محدوده بستگی به کشورهای مختلفی که از استاندارد IEC پیروی عملی می کنند متفاوت است د- آزمایش های ظرفیت قطع کنندگی: برای تشخیص ظرفیت قطع کنندگی فیوز در ولتاژ نامی.

تعیین 5 مقدار جریان به شرح زیر توصیه شده است: I1 ماکزیمم ظرفیت قطع I2 ماکزیمم انرژی قوس تستهای اضافه جریان که تقریباً از ت2 الی 5 برابر جریان نامی فیوز می باشند.

هـ - تستهای اضافه بار: هدف از انجام این تستها، تعیین توانائی مقاومت سیم فیوز در مقابل اضافه بارها می باشد.

خصوصاً اضافه بارهائی که بصورت پالسی به فیوز اعمال می گردد.

بدین منظور به سیم فیوز یک سری پالس ( 50 عدد) با دامنه جریان مشخص و زمان ثابت اعمال می گردد.

برای فیوزهای همه منظوره دامنه جریان تست برابر 8/0 دامنه جریانی که در TCC زمانی برابر 5 ثانیه را بر روی مشخصه قبل از قوس ایجاد می نماید انتخاب می گردد.

همچنین زمان هر پالس برابر 5 ثانیه و فاصله زمانی مابین پالسها 20% زمان قراردادی انتخاب می شود( رجوع شود به مطالب بخش 4 فصلی قبلی) برای فیوزهای پشتیبان مقدار جریان تست برابر مینیمم جریان قطع کنندگی ( شکست) انتخاب می گردد.

مدت زمان هر پالس از روی منحنی اضافه بار فیوز پشتیبان متناسب با مقدار جریان تست انتخاب و فاصله زمانی مابین پالسها سی برابر این زمان در نظر گرفته می شود.

توجه نمائید که بنا به تعریف منحنی اضافه بار فیوز پشتیبان منحنی است که در آن مقدار ماکزیمم زمانی که فیوز می تواند جریان پالسی اضافه بار را تحمل نماید مشخص می گردد.