فیوز چیست ؟

از مهم ترین عوامل آسیب های شدید به تجهیزات در مصارف خانگی و صنعتی، می توان به اضافه بار و اتصال کوتاه اشاره کرد. بنابراین لازم است از تجهیزات در برابر این عوامل محافظت کرد. فیوز ها از تجهیزات محافظتی پرکاربرد برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار هستند.

فیوز ها با ساختار و مکانیزمی ساده در زمان وقوع اتصال کوتاه یا اضافه بار به خوبی باعث قطع جریان شده و از مدار محافظت می کنند. در این مقاله به سوال مهم فیوز چیست ؟ پاسخ می دهیم و فیوز را از نظر ساختار، عملکرد، کاربرد و انواع بررسی می کنیم.

فیوز چیست ؟

در این مقاله می‌ خوانیم:

 

 

فیوز چیست ؟

فیوز یک تجهیز الکتریکی است که در شرایط غیرعادی مدار ناشی از اتصال کوتاه و اضافه بار با قطع خودکار جریان، از تجهیزات الکتریکی محافظت می‌ کند. فیوز ها در ابعاد و اندازه‌ های مختلف در دسترس بوده و به دسته‌ های گوناگونی تقسیم‌ می‌ شوند. تصویر شماره ۱، یک فیوز پرکاربرد را نمایش می دهد.

فیوز شیشه ای

شکل ۱- فیوز

تاریخچه‌ ی فیوز ها

یک فیزیک‌ دان فرانسوی به نام بروگه (Breguet) استفاده از رساناهای با سطح مقطع کوچک را برای محافظت از ایستگاه‌ های تلگراف در برابر صاعقه پیشنهاد داد. در این روش رساناهای کوچک‌ تعبیه شده در کنار سیستم ذوب شده و از این راه از سیم‌کشی و تجهیزات دیگر محافظت می‌ کنند.

در اوایل سال ۱۸۶۴، از انواع رساناها مانند محافظ‌ های سیم یا فویل برای محافظت از کابل‌ های تلگراف و تاسیسات روشنایی استفاده می شد. اما فیوز به عنوان جزئی از سیستم توزیع برق در سال ۱۸۹۰ به نام توماس ادیسون (Thomas Edison) ثبت شد.

 

ساختار فیوز ها چگونه است ؟

ساختار فیوز

شکل ۲- ساختار فیوز

فیوز از سه قسمت تشکیل شده است:

۱- نوار فلزی

  • نوار فلزی فیوز (سیم ذوب شونده) همان المان ذوب شونده فیوز است که در شرایط عادی جریانی، جریان را عبور داده و در شرایط اتصال کوتاه تحت جریان زیاد ذوب می شود. نقطه ذوب پایین، رسانایی بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون و صرفه اقتصادی داشتن، چهار ویژگی مهم نوار فلزی فیوز ها هستند.
  • متداول ترین مواد مورد استفاده برای سیم ذوب شونده عبارتند از: سرب، قلع، مس، روی و نقره. در ساخت نوار فلزی فیوز، برای جریان های کوچک تا ۱۰ آمپر، از قلع یا آلیاژ سرب و قلع (سرب ۳۷%، قلع ۶۳%) استفاده می شود. برای جریان های بزرگتر از مس یا نقره ی قلع اندود شده استفاده می شود. قلع کردن مس برای محافظت از اکسیداسیون یک روش معمول است.
  • امروزه تعداد زیادی از فیوز ها علیرغم قیمت بالا از نقره استفاده می کنند. چون:
  • نسبتاً عاری از اکسیداسیون است.
  • هنگام استفاده در هوای خشک خراب نمی شود.
  • عنصر نقره فیوز به دلیل ضریب انبساط کم، می تواند جریان نامی را برای مدت طولانی به طور مداوم تحمل کند.
  • رسانایی نقره بسیار بالاست. بنابراین، جرم فلز نقره مورد نیاز کمتر از سایر مواد است.
ادامه مطلب
تابلو برق چیست و انواع آن کدام است ؟

۲- درپوش یا کلاهک

دو نقطه ابتدا و انتهای اتصال نوار فلزی فیوز به مدار هستند. لازم است که رسانایی خوبی داشته باشند، تا بتوانند مسیر جریان را به خوبی از مدار به نوار فلزی و از نوار فلزی به مدار بر قرار کنند.

۳- محفظه

نوار فلزی فیوز ها در یک محفظه قرار می گیرد. جنس این محفظه ممکن است از شیشه، سرامیک و… باشند. نوار فلزی کالیبره شده داخل فیوز در صورت قرار گرفتن در معرض جریان زیاد ذوب می شود. این عنصر توسط بدنه فیوز محصور شده است و ممکن است با یک ماده خاموش‌ کننده‌ ی قوس مانند خاک کوارتز یا مایع تتراکلرید کربن احاطه شود.

خاک کوارتز در فیوز

شکل ۳- خاک کوارتز به عنوان ماده خاموش کننده جرقه استفاده می شود.

فیوز چگونه کار می‌ کند ؟

اساس کار فیوز ها افزایش دما متناسب با افزایش بار یا افزایش جریان است. وقتی دمای فیوز از حد آستانه‌ ی مخصوصش بیشتر شود، نوار فلزی فیوز از طریق ذوب از بین می‌ رود. از آنجا که فیوز به صورت سری با مدار قرار می‌ گیرد، ذوب شدن نوار فلزی باعث قطع شدن مدار می‌ شود.

فیوز شیشه ای چیست

شکل ۴- فیوز

فیوز ها چه انواعی دارند ؟

فیوز ها در حالت کلی به دو دسته‌ ی فیوز های ac و فیوز های dc تقسیم می‌ شوند.

  • فیوز dc:

در یک سیستم dc، هنگامی که المان فلزی به دلیل حرارت تولید شده توسط جریان ذوب می‌ شود، جرقه و قوس الکتریکی تولید می‌ کند و خاموش کردن این قوس به دلیل مقدار ثابت dc بسیار دشوار است. بنابراین به منظور به حداقل رساندن این قوس، در فیوز dc  فاصله بین الکترودها افزایش می‌ یابد تا قوس کم‌ تر شود. به همین دلیل این فیوز ها کمی از فیوز های ac بزرگتر هستند.

در فیوز dc قطع جریان می تواند بسیار دشوار باشد، چون در این حالت جریان در یک جهت واحد جاری می شود و هیچ نقطه صفر جریانی برای کمک به فیوز در خاموش کردن قوس وجود ندارد. لذا فیوز های dc ساختار پیچیده تری نسبت به فیوز های ac دارند.

  • فیوز ac:

در سیستم ac، دامنه ولتاژ از صفر به ۶۰ ولت با فرکانس ۶۰ یا ۵۰ هرتز تغییر می‌ کند، بنابراین قوس در مقایسه با حالت dc  به راحتی از بین می‌ رود. فاصله‌ ی الکترودها در فیوز ac کمتر و سایز آن در مقایسه با فیوز dc کوچک‌ تر است.

 

فیوز DC و فیوز AC 

  • جریان متناوب AC 100 بار در ثانیه (اگر فرکانس ۵۰ هرتز باشد) صفر شده و معکوس می شود. قطع جریان متناوب برای فیوز ساده تر از جریان مستقیم است. به همین دلیل است که فیوز های AC ساختاری ساده تر از فیوز های DC دارند.
  • برای فیوز های AC و DC، ولتاژ های نامی استاندارد متفاوت است و هیچ رابطه ریاضی دقیقی بین آنها وجود ندارد.
  • فیوز های AC عموماً به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند باری بیش از جریان نامی خود را تحمل کنند. گاهی اوقات بین ۱۶۰ تا ۲۰۰ درصد مقدار نامی خود را تا ده ثانیه تحمل می کند. در یک سیستمDC  جریان محدودتر است، بنابراین به دست آوردن جریان کافی برای شکستن فیوز AC در مدت زمان معقول می تواند بسیار دشوار باشد.
  • فیوزهایDC (که به طور خاص برای کاربردهای PV طراحی شده‌ اند)، در زمان کوتاهی در جریان نامی شکسته می‌ شوند و حداکثر محافظت را برای کابل‌ کشی، جعبه‌ های اتصال و ماژول‌ های PV فراهم می‌ کنند. در صورت استفاده از فیوز های DC سطح حفاظت در این تجهیزات کاهش می یابد.
ادامه مطلب
کلید مینیاتوری چیست ؟

 

دسته بندی فیوز های AC

فیوز های AC از نظر میزان ولتاژ قابل تقسیم‌ به دو دسته‌ ی ولتاژ زیاد (High Voltage (HV)) و ولتاژ کم (Low Voltage (LV)) هستند. همانطور که از نام آن‌ ها مشخص است این فیوز ها به ترتیب در ولتاژ های زیاد و کم فعالیت می‌ کنند.

فیوز های فشار قوی

این فیوز ها در ولتاژ های بالا فعالیت می‌ کنند و شامل دسته‌ های زیر هستند:

  • فیوز HRC نوع مایع:

این نوع فیوز در محفظه‌ ی خود تتراکلرید کربن دارد. هنگامی که خطا رخ می‌ دهد و جریان از حد مجاز بیشتر شود، عنصر فیوز می سوزد. مایع فیوز قوس ایجاد شده را خاموش می‌ کند. این نوع از فیوز ها برای محافظت از ترانسفورماتور ها و در مدارهای با جریان ۱۰۰ تا ۱۳۲ آمپر استفاده می‌ شوند.

فیوز فشار قوی

شکل ۵- فیوز ولتاژ بالا از نوع HRC مایع

  • فیوز HRC نوع فشنگی (Cartridge):

این فیوز شامل دو المان با مقاومت کم و مقاومت زیاد است که موازی با یکدیگر قرار گرفته‌ اند. فیوز کارتریج برای محافظت از کابل‌ ها، خطوط برق و تجهیزات در برابر اتصال کوتاه استفاده می‌ شود. این فیوز ها از سرامیک یا شیشه ساخته می‌ شوند.

فیوز HRCکارتیریج

شکل ۶- فیوز  HRC کارتیریج

  • فیوز HRC نوع اکسپالشن  (Expulsion):

فیوز اکسپالشن از یک سیلندر تشکیل شده و در آن از اسید بوریک به عنوان محیط قطع‌ کننده استفاده می‌ کنند. تحت شرایط اتصال کوتاه ، حرارت قوس الکتریکی تولید شده اسید بوریک را تجزیه می‌ کند. بخار آب تولید شده مسیر قوس را یونیزه کرده و از ایجاد مجدد قوس جلوگیری می‌ کند. به این ترتیب می‌ توان از این فیوز ها به طور گسترده برای حفاظت از مدارهای الکتریکی در برابر آسیب‌ های اتصال کوتاه جلوگیری کرد.

فیوز اکسپالشن

شکل ۷- فیوز ولتاژ بالا از نوع HRC اکسپالشن

فیوز های ولتاژ پایین یا فشار ضعیف

این فیوز ها شامل پنج دسته‌ ی زیر هستند:

  • فیوز تعویض‌ پذیر (Rewireable Fuse):

فیوز های تعویض‌ پذیر، در کاربردهای کوچک مانند سیم‌کشی‌ های منازل و صنایع کوچک کاربرد بسیاری دارند. این نوع فیوز از دو قسمت اصلی تشکیل شده‌ اند که دو ترمینال ورودی و خروجی دارد. مهم‌ ترین مزیت این فیوز ها قابلیت تعویض پذیر بودن بدون خطر شوک الکتریکی است. پس اگر فیوز با جریان بزرگی آسیب ببیند به راحتی می‌ توان قسمت carrier فیوز را تعویض کرد.

 فیوز تعویض‌ پذیر

شکل ۸- فیوز تعویض‌ پذیر

  • فیوز فشنگی (Cartridge Fuse):

این نوع فیوز را می‌ توان به سه زیر گروه نوع D، نوع پیچ شده یا Bolted Fuse تقسیم کرد.

نوع D فیوز کارتریج: این نوع فیوز از سیلندر فشنگی، پایه فیوز، حلقه آداپتور و درپوش تشکیل شده است. وقتی پایه‌ ی فیوز با رسانا تماس برقرار می‌ کند، اتصال مدار  قطع می‌ شود.

ادامه مطلب
سنسور RTD چیست ؟

فیوز کارتریجی نوع d

شکل ۹- نوع D

 

  • نوع پیچ شده فیوز کارتریج:

فیوز نوع لینک همچنین به عنوان فیوز HRC یا نوع BS شناخته می‌ شود. این فیوز ها از پرسلن، سرامیک و نقره ساخته‌ شده و به راحتی امکان تعویض آن‌ ها در مدارهای الکتریکی وجود دارد.

فیوز کارتریج یا فشنگی نوع پیچ شده

شکل ۱۰- فیوز کارتریج یا فشنگی  نوع پیچ شده

  • فیوز مهاجم (Striker Fuse):

این فیوز ها با قدرت زیاد توانایی قطع مدارهای الکتریکی را دارند.

فیوز مهاجم

شکل ۱۱- فیوز مهاجم

 

  • فیوز سوئیچ (Switch Fuse):

فیوز نوع سوئیچ با یک سوئیچ فلزی محصور شده است. این فیوز ها عمدتا در سطوح ولتاژ پایین و متوسط استفاده می‌ شوند.

فیوز سوئیچ

شکل ۱۲- فیوز سوئیچ

  • فیوز خروج (Dropout Fuse):

این نوع فیوز ها برای حفاظت از ترانسفورماتور های خارجی استفاده می شوند.

dropout fuse

شکل ۱۳- فیوز خروج یا dropout

 

 

مزایای فیوز های الکتریکی

  • فیوز ارزان‌ ترین نوع حفاظت در مدارهای الکتریکی است.
  • فیوز نیاز به تعمیر و نگهداری ندارد.
  • عملکرد فیوز ساده است و هیچگونه پیچیدگی ندارد.
  • فیوز این قابلیت را دارد که جریان زیاد اتصال کوتاه را بدون ایجاد سر و صدا، شعله، گاز یا دود قطع کند.
  • زمان کارکرد فیوز بسیار کوچک‌ تر از عملکرد کلیدهای قطع‌ کننده مدار است.

 

معایب فیوز های الکتریکی

  • فیوز ها پس از یکبار محافظت از مدار در برابر اتصال کوتاه، به تعویض نیازمند هستند در حالی که اکثر تجهیزات محافظتی مانند کلیدهای مینیاتوری دوباره به مدار برمی‌ گردند.
  • در حین اتصال کوتاه هنگامی که فیوز می سوزد، تعویض فیوز زمان بر است. در مدت تعویض فیوز، مدار بطور کلی قطع خواهد بود.

 

کاربرد فیوز ها کدام‌ اند ؟

فیوز ها نقش قابل توجهی را در حفاظت از تجهیزات الکتریکی ایفا می‌ کنند. موارد زیر تعدادی از کاربردهای این تجهیز در دنیای صنعت است.

  • برای محافظت از ترانسفورماتور ها، موتور ها و سیستم‌ های قدرت در برابر شرایط اتصال کوتاه استفاده می شوند.
  • در تغذیه‌ کننده‌ ها، ترانسفورماتور های قدرت و مدار های خورشیدی به کار می روند.
  • در مصارف خانگی از لوازم برقی و تابلو های توزیع برای حفاظت استفاده می‌ کنند.
  • یکی از اجزای مهم در خودروها، وسایل نقلیه برقی و اتومبیل‌ های مسابقه‌ ای فیوز است.
  • فیوز ها در لپ‌ تاپ‌ ها، هارد دیسک ها، چاپگر ها/اسکنر ها و دستگاه‌ های الکترونیکی وجود دارند.
  • از این تجهیز در سیستم‌ های بازی و تلفن‌ های هوشمند استفاده می‌ شوند.

 

جمع بندی

در این مقاله به توصیف یکی از مهم‌ ترین تجهیزات حفاظتی یعنی فیوز ها پرداختیم. عملکرد این تجهیزات را   توصیف کرده و به معرفی انواع آن‌ ها پرداختیم. مزایا و معایب و کاربردهای فیوز ها از دیگر بخش‌ های این مقاله هستند.

فیوز ها در کنار کلیدهای مینیاتوری نقش مهمی در بخش حفاظت در صنایع مختلف بازی می‌ کنند. برای آشنایی بیشتر با کلیدهای مینیاتوری  مقاله‌ ی “کلید مینیاتوری چیست؟” راهنمای خوبی خواهد بود.

آشنایی با تجهیزات مورد استفاده در برق صنعتی گامی مهم برای ورود به صنعت برق است، ما در دوره‌ ی آموزشی “برقکار صنعتی ماهر” امکان آموزش را فراهم کرده‌ ایم، با ما همراه شوید.

آیا این مطلب را می پسندید؟

باکس دانلود

اشتراک گذاری:

نظرات

0 نظر در مورد فیوز چیست ؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.