فیوز

فیوز در واقع سیم نازکی است که به صورت سری در مدار قرار می گیرد و با افزایش جریان به بیش از یک مقدار مجاز می سوزد و مدار را قطع می کند. فیوز ذوب شونده معمولی را فیوز فشنگی نیز می نامند. برای تشخیص سالم بودن فیوز، از یک پولک رنگی به رنگ های مختلف استفاده می شود که توسط یک سیم مقاومت دار نگهداشته می شود پس از سوختن سیم حرارتی فیوز سیم مقاومت دار نیز سوخته و پولک فلزی که تحت کشش فنر کوچکی قرار دارد آزاد و به طرف بالا کشیده می شود. جنس سیم ذوب شونده معمولاً از نقره ساخته می شود که درجه حرارت ذوب آن ۹۵۰ درجه سانتیگراد است. برای رفع این عیب سیم حرارتی را از دو تکه که توسط لحیم بهم متصل می شود، می سازند زیرا لحیم در حرارت تقریبی ۲۳۰ درجه سانتی گراد ذوب می شود.

دو نوع فیوز فرز و تنبل (تندکار و کندکار) وجود دارد. که فیوز تنبل جریان های زیاد را دیرتر از فیوز فرز قطع می کنند و در جایی بکار می روند که اضافه بار کم مدت، نباید سبب قطع مدار شود. مانند راه افتادن موتورهای الکتریکی.

از فیوز برای حفاظت سیم، کابل و دستگاه های اندازه گیری، ترانسفورماتور، ماشینهای الکتریکی و دیگر مصرف کننده ها در مقابل جریان اضافی و اتصال کوتاه استفاده می شود. البته فیوز در جایی به کار می رود که ارزش نصب یک رله و یا یک جریان زیاد را نداشته باشد.

فیوزها را بر حسب مقدار ولتاژ و نوع ساختمان قطع کننده شان به انواع زیر تقسیم بندی می کنند:

الف. فیوزهای حرارتی ذوب شونده

ب. فیوزهای حرارتی بیمتال

پ. فیوز توان بالا فشار ضعیف NH

ث. فیوز فشار قوی HH

الف. فیوزهای حرارتی ذوب شونده

در فیوز ذوب شونده، یک سیم حرارتی وجود دارد که در سر راه جریان بسته می شود و در اثر عبور جریان زیاد گرم شده و در درجه حرارت معینی ذوب می شود و مدار را قطع می کند جرقه ای که در زمان قطع ایجاد می شود و باعث سوختن و سیاه شدن کنتاکت و عایقهای اطراف می شود، باید برطرف گردد.

برای برطرف نمودن اثر جرقه، سیم را در داخل یک فشنگ چینی یا سوفالینی قرار می دهند و اطراف سیم را با ذرات کوارتز پر می کنند. جرقه ایجاد شده در اثر قطع توسط براده کوارتز خنک شده و از بین می رود. فیوز مدار را باید طوری انتخاب کرد که قبل از اینکه به مقدار ماکزیمم خود برسد، مدار را قطع کند تا به دستگاه های بعد از فیوز آسیبی نرسد.

برای تشخیص فیوز سوخته از پولک نشانه استفاده می شود. این پولک توسط سیم نازکی محکم شده است. این سیم نازک در هنگام ذوب شدن سیم داخل فیوز نیز پاره شده و پولک توسط نیروی فنر کوچکی که در زیر آن قرار گرفته قدری به طرف خارج پرتاب می شود و نشان می دهد که فیوز سوخته است. ضمناً رنگ پولک فیوز نماینده جریان اسمی فیوز است. جدول زیر رنگ و جریان اسمی فیوزهای ذوب شونده را نشان می دهد.

فیوزهایی که در راه اندازی الکتروموتور به کار می روند، برای زمان کوتاه (زمان راه اندازی موتور) تحمل جریان بیشتری را دارند (جریان راه اندازی موتور) به همین علت به آنها فیوز تأخیری، موتوری یا کند کار می گویند. به فیوزهای معمولی فیوز تند کار می گویند.

ب. فیوز حرارتی بیمتال

فیوز حرارتی بیمتال برای حفاظت در مقابل بار اضافی، مدار را قطع می کند. بیمتال در مقابل حرارت ناشی از بار اضافی لحظه ای تغییر شکل داده و باعث قطع مدار می شود. رله های حرارتی جریان راه اندازی الکتروموتورها را تحمل می کنند.

ج. فیوز مغناطیسی

فیوزهای مغناطیسی نیز تایع شدت جریان می باشند. در اثر بروز اضافه جریان، میدان مغناطیسی سیم پیچی فیوز قوی شده و بر اساس خاصیت جذب یک هسته آهنی مدار را قطع می کند. در این فیوزها زمان قطع خط را می توان به وسیله فنری تنظیم کرد. در بین فیوزهای مغناطیسی، فیوز سریع نیز موجود است که برای قطع مدار در زمان معینی تنظیم نمی شود بلکه فیوز با عبور جریان بیشتر از جریان نامی خط فوراً قطع می گردد.

اغلب فیوزهای بی متال و فیوزهای مغناطیسی را با هم به کار می برند تا مدار (به ویژه الکتروموتورها) را از بار اضافی و جریان زیاد حفاظت نماید (کلید مینیاتوری- کلید محافظ فیوزهای خودکار- کلید فیوز).

رله های مغناطیسی جریان راه اندازی الکتروموتور را تحمل نمی کنند.

د. فیوز توان بالا

   در شبکه های فشار ضعیف با توان زیاد از فیوزهای NH استفاده می شود. این فیوزها دارای دسته ای می باشند که توسط آن فیوزها را در جای خود جا می اندازند و یا خارج می کنند و به آن فیوزکش می گویند. چنین فیوزهایی در قسمت های شهری و سیم و کابل های شهری در جعبه تقسیم مخصوصی قرار می گیرند (فیوز کاردی).

ه. فیوز فشار قوی

فیوزهای HH برای فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند و خیلی بلندتر از فیوزهای معمولی تا ۵۰۰ ولت است و برای حفاظت ترانسفورماتورهای توزیع  و ترانسفورماتورهای اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرند.

فیوز HH فقط در جایی به کار برده می شود که قدرت اتصال کوتاه از MVA ۴۰۰ (مگا ولت آمپر) تجاوز نکند. ساختمان فیوز HH شبیه به فیوز فشار ضعیف است. در داخل یک لوله چینی یا فیبری بزرگ سیم فیوز به صورت مارپیچ (جهت بزرگتر کردن مسیر جرقه) قرار گرفته و در دو انتها به دو کلاهک فلزی محکم شده است.

سیم فیوز به طور آزاد در داخل براده کوارتز قرار دارد یا مدار داخل لوله دندانه دندانه است و سیم از داخل دندانه ها عبور کرده است. فیوزهای فشار قوی دارای یک سیم فرعی اند که با قطع شدن آن دکمه ای به خارج پرتاپ می شود و نشان می دهد که فیوز سوخته است. می توان از حرکت این دکمه برای مدار فرعی (مدار خبر) استفاده کرد که از قطع فیوز در داخل اطاق فرمان اطلاع حاصل کرد.

با قرار دادن چندین فیوز در یک مدار می توان طوری فیوزها را انتخاب کرد که قطع فیوز به طور دلخواه انجام گیرد یعنی فیوز، فقط مداری که اتصال کوتاه شده قطع کند و دیگر مدارها در زیر بار باقی بمانند، در صنعت به فیوز فشار قوی (کات اوت) نیز گفته می شود.

ی. فیوز اتوماتیک یا آلفا

نوع دیگر فیوز، فیوز اتوماتیک یا خودکار است که عبور جریان بیش از حد مجاز از آن باعث قطع مدار می شود و می توان دوباره شستی آنرا بداخل فشرد تا ارتباط برقرار شود. بعضی از فیوزهای خودکار دو عمل جریان زیاد و بار زیاد را در مدارها کنترل می کنند.

انتخاب نوع فیوز

برای خطوط ساده فیوزهای ذوب شونده جهت حفاظت کافی است. اما در شبکه های گسترش یافته با مصرف کنندگان صنعتی تنها فیوزهای ذوب شونده کافی نیست. زیرا در صورت سوختن یکی از سه فیوز قبل از دو فیوز دیگر موتور تحت ولتاژ دو فاز باقیمانده و خطر سوختن آن در بین است (دو فاز شدن موتور سه فاز) در این مواقع باید از رلۀ بیمتال و رلۀ مغناطیسی استفاده کرد تا در برابر قطع هر فاز فرمان قطع کامل صادر شود. مقدار فیوز برای کابل یا سیم معلوم با توجه به شدت جریان مجاز عبوری از سیم و جریان نامی فیوز انتخاب می شود. 

 

 تقسیم بندی عملکرد فیوز ها از دید سازندگان متفاوت است. از کاملترین تقسیم بندی ها میتوان به استاندارد IEC60269 اشاره کرد.

از نظر شکل ظاهری فیوز ها به انواع مختلفی تقسیم می شوند که مهمترین آنها عبارتند از:

۱- فیوز فشنگی یا ذوب شونده

   این نوع فیوزها از یک پایه چینی و یک کلاهک چینی تشکیل شده است که فیوز داخل آن جای میگیرد و پشت آن کلاهک شیشه ای است. سیم حرارتی داخلی فیوز به ازای جریان مشخصی در زمان معینی ذوب شده و سبب قطع مدار مربوط به آن می شود. فیوز ذوب شونده معمولی را فیوز فشنگی نیز می نامند.

۲- فیوز کاردی

با توجه به تنوع فعالیت های صنعتی این فیوزها دارای تنوع بسیاری هستند. یک نمونه از این فیوزها معمولاً به شکل مکعب مستطیل با دو قسمت فلزی (مانند کارد) بود که از دو سر آن خارج شده است. ولتاژ این فیوز ها بسته به تجهیزاتی که از آنها حفاظت میکنند  بین ۵۰۰ تا ۱۲۰۰ ولت و با شدت جریان های مختلف است.

۳-کلید فیوز

قطع ولتاژ هر فاز میتواند توسط قطع نمودن هر فیوز انجام شود. این عملکرد، مشکل اساسی دارد. اول اینکه در سیستمهای سه فاز نمیتوان همزمان هر سه فاز را قطع نمود. دوم آنکه قطع فازها مشکل است. برای رفع این مشکلات می توان از کلید-فیوز استفاده نمود. بنابراین با استفاده از این وسیله علاوه بر حفاظت می توان ولتاژ سیستم را نیز به راحتی قطع یا وصل کرد.

منحنی عملکرد فیوز

عملکرد فیوز (سوختن فیوز) در دو مرحله متمایز پیش جرقه و محل جرقه صورت میگیرد. جریان اتصال کوتاه در محل فیوز در حالی که فیوز موجود نباشد یا اینکه دو سر آن با مقاومت بسیار کم اتصالی شده باشد را جریان احتمالی مینامند.

   وقوع اتصال کوتاه در پایین دست فیوز سبب طی شدن مراحل زیر می گردد:

در مرحله پیش جرقه، المان فیوز به علت عبور جریان بیش از حد مجاز، آنقدر گرم می شود تا به نقطه ذوب شدن برسد. این جریان را جریان عبوری و زمان تداوم آن را زمان پیش از جرقه مینامند. این جریان، حداکثر جریانی است که فیوز، اجازه عبور از آن مدار را می دهد. در مرحله دوم المان شروع به ذوب شدن نموده و پارگی در یک یا چند محل از سیم ظاهر می گردد که جرقه در آن محل ها پدید میآید. به علت دمای زیاد جرقه، ذوب شدن در محل پارگی شدت یافته و باعث افزایش طول پارگی میگردد. بدین ترتیب مرتباً بر طول جرقه و به عبارت دیگر بر مقاومت مسیر افزوده شده و از جریان المان کاسته میشود و باعث تضعیف مجدد جرقه (افزایش مقاومت مسیر) می گردد تا اینکه جرقه کامل خاموش گردیده و قطع جریان مدار توسط فیوز صورت میگیرد. زمان ذوب شدن برای یک فیوز، مقدار ثابتی نیست و هر چه مقدار جریان بیشتر باشد، گرم شدن المان سریعتر صورت گرفته و زودتر به نقطه ذوب و سپس به قطع کامل مدار میرسد. به طوری که مشخصۀ زمان-عملکرد جریان فیوز همواره از نوع معکوس است.

 

 

مقالات مرتبط