فیوز برق چیست؟

فیوز برق چیست؟

فیوز برق چیست؟ لوزم استفاده در ساختمان! فیوز یک قطعه الکتریکی است که برای محافظت از مدارهای الکتریکی با باز کردن ایمن مدار تحت بارهای جریان غیرعادی بالا طراحی شده است. درواقع فیوز یک وسیله حفاظت مدار است که به گونه‌ای طراحی شده است که وقتی جریان زیادی از آن عبور می‌کند بسوزد. هنگامی که فیوز میسوزد ، عبور جریان را از مدار قطع می‌کند. فیوزها جزء ضروری در یک سیستم الکتریکی برای محدود کردن تهدیدات جانی و مالی انسان هستند. فیوزها پس از سوختن باید تعویض شوند. فیوز یک روش ایمن و مقرون به صرفه برای محافظت از یک دستگاه یا تاسیسات الکتریکی در برابر بارهای الکتریکی اضافی است که می‌تواند به قطعات یا سیم کشی آسیب برساند و به‌طور بالقوه باعث آتش سوزی شود. فیوزها اشکال و اندازه های مختلفی دارند، اما هر کدام برای محافظت از مداری با مجموعه‌ای از پارامترهای الکتریکی خاص طراحی شده‌اند. این پارامترها در درجه اول ولتاژ کار، جریان عملیاتی و زمان ذوب عنصر فیوز یا سرعت فیوز هستند.

لوزم استفاده در ساختمان:

فیوز یک روش ایمن و مقرون به صرفه برای محافظت از یک دستگاه یا تاسیسات الکتریکی در برابر بارهای اضافی الکتریکی است که می‌تواند به قطعات یا سیم‌کشی آسیب برساند و به طور بالقوه باعث آتش سوزی شود. هنگامی که یک میسوزد، باید با فیوز با همان مشخصات جایگزین شود تا مدار به درستی محافظت شود. اکثر فیوزها در نگهدارنده فیوز نصب می‌شوند که تعویض آن‌ها را ساده می‌کند. فیوزهای SMD و فیوزهای نصب PCB استثناء هستند که بر روی بردهای مدار چاپی لحیم شده نصب شده‌اند و تعویض آن‌ها دشوار است. نگهدارنده فیوز معمولاً در مکانی مناسب برای بازرسی و تعویض فیوز نصب می‌شود. فیوزها را اغلب می‌توان بدون نیاز به هیچ مدرک یا تخصص برقی تعویض کرد.

در ادامه بخوانید: صفر تا 100 تست رنگ تابلو برق

شکل 1: انواع فیوز SMD، PCB و فیوز در نگهدارنده

مزایای فیوز نسبت به Circuit Breaker:

1. فیوز به طور کلی کوچک‌تر و ارزان تر است.
2. برای برخی از کاربردها نیز به زمان عملکرد بسیار سریع نیاز است که با استفاده از Circuit Breaker نمی‌توان به آن‌ها دست یافت.
3. Circuit Breaker می‌تواند به حرکت یا لرزش حساس باشد که می‌تواند باعث شود کلید در صورت عدم وجود خطای الکتریکی قطع شود.

4- فیوز نسبت به Circuit Breaker داراری قدرت قطع بالاتری می باشد.

5-با توجه به ساختمان بسیار ساده فیوز ، میتواند قابلیت اطمینان بیشتری در عملکرد نسبت به Circuit Breaker داشته باشد.

ساختمان فیوز:

اساساً یک فیوز از 2 سرپوش فلزی تشکیل شده است که توسط یک عنصر فلزی به یکدیگر متصل می‌شوند. اکثر عناصر فیوز در یک محفظه غیر قابل احتراق عایق بندی شده (بدنه) قرار دارند. بدنه فیوز اغلب از شیشه یا سرامیک ساخته شده است. برخی از فیوزها برای بهبود ویژگی‌های عملکرد آن‌ها با ماسه پر می‌شوند. رایج ترین کلاهک‌های انتهایی یا گرد (فرول)، تیغه‌های فلزی یا برچسب‌های فلزی هستند.

نحوه‌ی عملکرد فیوز:

فیوز حاوی یک عنصر فلزی است که برای حمل جریان الکتریکی محدود طراحی شده است. هنگامی که یک اتصال کوتاه یا اضافه بار رخ می‌دهد، جریان بالاتر باعث تولید گرما می‌شود که باعث ذوب المنت فیوز و ایجاد شکاف در عنصر فیوز می‌شود. این شکاف، جریان را از طریق فیوز (و مدار) قطع می‌کند. یک فیوز پس از سوختن باید تعویض شود.

در شکل 2، فیوز خراب و فیوز سالم نشان داده شده‌ است.

شکل 2: نمونه‌ی فیوز سالم و خراب

در صورت نصب اشتباه فیوز چه اتفاقی می افتد؟

بدترین سناریو در صورت نصب اشتباه فیوز، آسیب به تجهیزات ناشی از جریان خطا یا اضافه بار است. احتمالات دیگر عبارتند از ترکیدن فیوز حتی با وجود عدم وجود خطای الکتریکی. همیشه بهتر است فیوز سوخته را با همان فیوز یا معادل مستقیم جایگزین کنید.

نحوه‌ی تعیین فیوز:

الف. هنگام تعویض فیوزهای اصلی، در اکثر مواقع می‌توان فیوزی دقیقاً یکسان با فیوز معادل آن که توسط سازنده دیگری تولید شده است، جایگزین کرد

ب. هنگام انتخاب فیوز برای یک کاربرد جدید، باید فاکتورهای زیادی را در نظر گرفت. سرعت عنصر (یعنی منحنی‌های زمان/جریان)، ولتاژ، جریان اسمی، دمای محیط، فضای موجود و … .

نحوه‌ی تعویض فیوز:

مهم است که قبل از آزمایش یا تعویض فیوز، برق مدار قطع باشد. پس از قطع برق، می‌توان فیوز را برای آزمایش با مولتی متر از مدار خارج کرد. اگر فیوز سوخته است، باید با فیوزی جایگزین شود که با ویژگی‌های اصلی مطابقت داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که مدار کاملاً محافظت می‌شود.

ویژگی‌های فیوز:

ویژگی‌های الکتریکی فیوز عبارتند از: سطح ولتاژ، رنج جریان و سرعت عنصر. این اطلاعات اغلب بر روی درپوش فیوزها یا روی بدنه فیوز همراه با نام تجاری سازنده و شماره قطعه چاپ می‌شود. گاهی اوقات فقط بخشی از این اطلاعات روی فیوز داده می‌شود. برای کسب اطلاعات بیشتر، باید به دیتاشیت سازنده مراجعه کرد.

نحوه شناسایی فیوز:

هنگام خرید فیوز جایگزین، باید بتوان فیوز را به درستی تشخیص داد. معمولاً نام تجاری سازنده و شماره قطعه واقعی باید برای شناسایی فیوز مناسب کافی باشد. متأسفانه، این اطلاعات همیشه روی فیوز ارائه نمی‌شود. هنگام بررسی فیوز، نباید فراموش شود که به دنبال علائم روی درپوش‌های فلزی باید بود، زیرا اغلب اطلاعات مهمی در مورد فیوز در آن‌ها وجود دارد.

تست فیوز سوخته:

نحوه تست فیوز با مولتی متر:

در فیوز شیشه ای بررسی بصری برای دیدن سوختن آن آسان است، اما اکثر فیوزها دارای بدنه‌های جامد و غیر شفاف هستند که داخل آن‌ها قابل رویت نیست. برای بررسی اینکه آیا فیوز سوخته است یا خیز، به یک مولتی متر نیاز داریم. یک مولتی متر می‌تواند مقاومت عنصر فیوز را اندازه گیری کند. مقاومت بر اساس اهم ‘Ω’ اندازه گیری می‌شود.

اتصال سرهای تست

مطابق شکل 3، پروب مشکی باید به سوکت مشترک مولتیمتر و پروب قرمز باید به سوکت Ω یا اهم وصل شود.

شکل 3: سرهای تست فیوز

نحوه تنظیم اهم روی مولتی متر

صفحه باید به پایین ترین محدوده‌ی مقیاس اهم برده شود (200 اهم کمترین تنظیم در این مولتی متر است). سپس نمایشگر روشن می شود. همانطور که در شکل 4 مشخص است، محدوده اهم با یک نوار سبز روشن در قسمت پایین سمت چپ نشان داده شده است.

شکل 4:صفحه‌ی  اهم متر

تنظیمات 5 محدوده اهم مختلف در این مولتی‌متر عبارتند از:

2M = 2,000,000 (Ω) or 2 (MΩ)
200k = 200,000 ohms
20k = 20,000 ohms
2k = 2,000 ohms
200 = 200 ohms (lowest resistance setting)

اندازه گیری مقاومت فیوز:

فیوز باید روی یک سطح نارسانا مانند چوب، لمینت یا پلاستیک قرار گیرد. درپوش‌های فلزی مطابق شکل 5 در هر انتهای فیوز با نوک فلزی سرهای آزمایش قرار داده می شود.. هیچ پلاریته‌ای وجود ندارد، بنابراین می‌توان از هر سر برای هر دو درپوش فیوز استفاده کرد. با لمس یک سطح فلزی تمیز روی هر کلاه، می‌توان از تماس خوب اطمینان حاصل کرد. در حالی که پروب ها محکم به فیوز متصل هستند، صفحه نمایش روی مولتی متر باید پایش شود.

توجه: برای آزمایش فیوزی که هنوز در مدار قرار دارد باید مطمئن شد که منبع برق قطع باشد تا احتمال برق گرفتگی وجود نداشته باشد.

شکل 5: اندازه گیری مقاومت فیوز

نحوه‌ی خواندن مولتی متر دیجیتال

اگر مولتی متر عددی را که برای مقاومت نشان میدهد مقدار کمی باشد (مشابه نتیجه تماس دو پروب با هم)، فیوز مشکلی ندارد. اگر عدد نمایش دهنده تغییر نکند و نمایشگر همچنان حالت مقاومت 100% اصلی  را نشان دهد، فیوز سوخته است.

پس از اتمام تست، مولتی متر باید خاموش شود.

شکل 6: نمایش مولتی‌متر برای فیوز سالم و سوخته

در ادامه بخوانید: مکانیز قطع کلید های خودکار

سرعت عملکرد فیوز

سرعت عملکرد فیوز را بر اساس زمانی که طول می‌کشد تا فیوز در هنگام وقوع جریان خطا عمل کند تعریف می‌کنند. سرعت عملکرد فیوز توسط مواد به کار رفته در عنصر فیوز، جریان اضافه بار و دمای کار محیط کنترل می‌شود. به عنوان مثال، اگر جریان 20 آمپر از فیوزی با جریان نامی 10 آمپر عبور کند ، فیوز فوق سریع ممکن است در 0.1 ثانیه باز شود و فیوز تند سوز ممکن است در یک ثانیه باز شود، در حالی که یک فیوز کند سوز ممکن است ده ها ثانیه طول بکشد تا باز شود. هنگام تعویض فیوز، یا انتخاب فیوز برای یک کاربرد جدید، بسیار مهم است که فیوزی انتخاب شود که به اندازه کافی سریع عمل کند تا مدار را از بارهای غیرمنتظره محافظت کند، اما در شرایط عملیاتی عادی قطع نشود. سرعت فیوز به عنوان مشخصه جریان زمانی فیوز نیز شناخته می شود.

سازندگان فیوز معمولاً این اطلاعات را در نمودار منحنی جریان زمانی مطابق شکل 7 ارائه می دهند.

شکل 7: منحنی جریان زمانی فیوز

طبقه بندی فیوز بر اساس سرعت:

1. فیوزهای فوق سریع (نیمه هادی)

فیوزهای Ultra Rapid در درجه اول حفاظت از اتصال کوتاه برای دستگاه‌های نیمه هادی مانند دیودها، تریستورها، ترانزیستورها و غیره را فراهم می‌کنند. از آنجایی که تمایل دارند در دماهای بالاتر کار کنند، باعث می‌شود استفاده از آلیاژهای با نقطه ذوب پایین محدود شود و در نتیجه قابلیت محدودی برای محافظت در برابر جریان بیش از حد فراهم می‌کند. دانستن مقدار I²t فیوز هنگام محافظت از دستگاه‌های نیمه هادی بسیار مهم است. برای اطمینان از محافظت کافی از دستگاه، مقدار I²t فیوز باید کمتر از مقدار I²t دستگاهی باشد که فیوز از آن محافظت می‌کند.

2. فیوزهای سریع (فیوزهای کاربردی عمومی)

فیوزهای Fast Acting برای محافظت از قطعات با حساسیت کمتر طراحی شده‌اند و همچنین برای محافظت از کابل‌ها در برابر ذوب شدن یا آتش گرفتن در هنگام بارگذاری اضافی استفاده می‌شوند. فیوزهای سریع رایج‌ترین نوع فیوز هستند. منحنی‌های جریان زمانی سازنده در تعیین سرعت دقیق فیوز برای اضافه بارهای مختلف مفید است.

3. فیوزهای کند (تاخیر زمانی یا استارت موتور)

فیوزهای کند دارای تاخیر داخلی هستند که اجازه می‌دهد جریان های هجومی موقت و بی ضرر بدون باز کردن فیوز عبور کنند، اما فیوز در بارهای اضافه و اتصال کوتاه باز می‌شود. این فیوزها برای تطبیق نوسانات کوتاه ناشی از راه اندازی موتور و غیره طراحی شده‌اند.

فیوزهای دو عنصری: مانند فیوزهای کند، یک فیوز دو عنصری دارای ویژگی‌های تاخیر زمانی است، اما ساختار چند عنصری آن هم حفاظت از اتصال کوتاه با عملکرد بالا و هم حفاظت اضافه بار قابل اعتماد را در مدارهایی که در معرض اضافه‌بارهای موقت و جریان‌های موجی هستند، فراهم می‌کند.

مشخصات فیوز

جریان نامی: ظرفیت حمل جریان فیوز را گویند. هنگامی که فیوز تحت جریانی بالاتر از جریان نامی قرار بگیرد، مدار را پس از گذشت مدت زمان مشخصی، باز می‌کند.

دمای محیط: دمای هوای اطراف فیوز را گویند و معمولاً از دمای کارکردی که برای فیوز در کاتالوگ سازنده نوشته شده بالاتر است زیرا محصور شده است یا در نزدیکی سایر اجزای تولید کننده گرما مانند مقاومت ها، ترانسفورماتورها و غیره نصب می‌شود.

زمان پاکسازی (Clearing Time): مجموع زمان بین شروع اضافه جریان و باز شدن نهایی مدار در ولتاژ نامی توسط محافظ اضافه جریان را گویند. زمان پاکسازی کل زمان قوس و زمان ذوب شدن است.

محدودیت کننده جریان: عملکرد فیوز معمولاً مربوط به اتصال کوتاه می‌باشد. هنگامی که یک فیوز در محدوده جریان خود کار می‌کند، یک اتصال کوتاه را در کمتر از نیم سیکل پاک می‌کند. همچنین یک فیوز پیک جریان عبوری آنی را به مقدار قابل ملاحظه‌ای کمتر از مقدار قابل حصول در همان مدار محدود می‌کند.

ضریب کاهش دما : دمای محیط کارکرد فیوز باید مطابق کاتالوگ سازنده مشخص گردد و در صورت نیاز به در نظر گرفتن ضریب اصلاح ، این ضریب در جریان نامی فیوز منظور شود.

قدرت قطع : حداکثر جریان مشخص شده‌ای است که فیوز می‌تواند با خیال راحت در ولتاژ نامی قطع کند. همچنین به عنوان ظرفیت اتصال کوتاه نیز شناخته می‌شود. در طول یک خطا یا شرایط اتصال کوتاه، یک فیوز ممکن است جریان اضافه بار آنی چندین برابر بیشتر از جریان نامی خود دریافت کند. عملکرد ایمن مستلزم آن است که فیوز سالم بماند (بدون انفجار یا پارگی بدنه) و مدار را پاک کند.

اضافه جریان: اضافه جریان زمانی در یک مدار الکتریکی پیش می‌آید که جریان از میزان بار عادی تجاوز کند. اضافه جریان دو مشخصه جداگانه دارد : اضافه بار و اتصال کوتاه.

اضافه بار: اضافه بار را می‌توان به عنوان جریان اضافه‌ای که از جریان بار کامل معمولی یک مدار فراتر می‌رود طبقه بندی کرد. همچنین مشخصه این نوع اضافه جریان این است که از مسیر جریان عادی مدار منحرف نمی‌شود. یعنی از منبع، از طریق هادی‌ها، از طریق بار، از طریق هادی ها دوباره به منبع جریان باز می‌گردد.

اتصال کوتاه: می‌تواند به عنوان جریان اضافه‌ای طبقه‌بندی شود که از جریان بار کامل معمولی یک مدار با ضریب چند برابر (ده ها، صدها یا هزاران) بیشتر تجاوز می‌کند. همچنین مشخصه این نوع اضافه جریان مسیر عبور جریان عادی مدار را ترک می‌کند و یک ” short cut” در اطراف بار ایجاد می‌کند و به منبع باز می‌گردد.

پیک Let-Thru Current، IP: مقدار لحظه‌ای پیک جریان توسط فیوز محدود کننده جریان ،زمانی که در رنج محدود کننده جریان خود کار می‌کند، را گویند.

ولتاژ نامی: حداکثر ولتاژ مدار باز که در آن می‌توان از فیوز استفاده کرد که در عین حال اضافه جریان را نیز بتواند به طور ایمن قطع کند. تجاوز از ولتاژ یک فیوز توانایی آن را در پاکسازی ایمن اضافه بار یا اتصال کوتاه مختل می‌کند.