فیوزهای الكتریكی

دانلود مقاله در رشته مهندسی برق – الكترونیك با عنوان فیوزهای الكتریكی

در 92 صفحه ورد قابل ویرایش آماده ارائه با فرمت doc

مقدمه ای بر فیوزهای الکتریکی :

فیوز الکتریکی 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.در یک نوع فیوز ولتاژ پایین 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 کلاهک های 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 پیکجریان 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 t2∫  (روی بازه ۰ تا T)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.

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 کوتاه های 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 در رفتار و عملکرد فیوز در فاصله زمانی قوس دارد.

 جریان نامی و حداقل جریان ذوب شدن فیوزجریان 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 (Minimum Fusing Current) – خلاصه 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 Fusing Factor  به شرح زیر تعریف می گردد:مقدار جریان نامی (غیر ذوب)/حداقل جریان ذوب= فاکتور فیوز

 که معمولاً این فاکتور مابین ۱٫۲۵ تا ۲ 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.

فهرست

مقدمه 2

شكل 1- اجزاء تشكیل دهنده یك نوع فیوز ولتاژ 2

نمودارهای عمومی 5

مشخصه های جریان- زمان 13

قوس الكتریكی 17

و جریان مدار با رابطه زیر تعریف می گردد: 19

فیوزهای غیر محدود كننده جریان (معمولی) 30

الف- قابل سیم پیچی مجدد( نیمه بسته) 31

ب- فیوز جهنده (Expulsion Fuse) 31

ج- فیوز پر شده از مایع 33

كاربردهای عملی 35

مقدمه 35

تستهای لازم 37

هماهنگی فیوزها 40

محافظت موتور 42

حفاظت ترانسفور ماتور توزیع 55

ب- توانائی تحمل اضافه بار: 56

ج- توانایی تحمل برخورد صاعقه: 57

د- قطع سریع جریان خطا: 57

فیوزهای  حفاظتی ترانسهای ولتاژ 60

حفاظت نیمه هادیهای قدرت 62

ولتاژ قوس 75

الف- خطای خارجی: 77

ب- خطای داخلی: 79

حفاظت كابلها 86

حفاظت بانكهای خازن 88