در این مقاله از سایت دست تو دست به محافظت و توانایی فیوز های الکتریکی میپردازیم
مقاله کامل فیوز های الکتریکی :
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 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 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 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 (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.
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.
زمان برقراری بر حسب ساعت (h) مقدار جریان نامی فیوز بر حسب آمپر(In)
1 جریان نامی کمتر از ۶۳ آمپر
2 جریان نامی بین ۶۳ و ۱۶۰ آمپر
3 جریان نامی بین ۶۳ و ۴۰۰ آمپر
4 جریان نامی بیشتر از ۴۰۰ آمپر
مقاله كامل فیوزهای الکتریکی (بخش دوم)
محافظت موتورهای الکتریکی :
یکی از کاربردهای فیوزهای الکتریکی حفاظت موتور میباشد.انتخاب یک فیوز برای کابل تغذیه موتور، بستگی به مقاومت فیوز در برابر ذوب در هنگام استارت موتور دارد و فیوز می باید جریان استارت را تحمل کند. همانطوریکه می دانیم جریان استارت موتور وقتی که تحت ولتاژ نامی راه اندازی می شود حدود ۵ تا ۶ برابر نامی موتور می باشد. و زمان راه اندازی بسته به اینکه موتور تحت باریابی با استارت شود از ۰٫۵ ثانیه برای موتورهای کوچک الی ۶۰ ثانیه برای موتورهای خیلی بزرگ می باشد. با توجه به این مسئله حفاظت فیوزی برای موتورهای بزرگ استفاده نمی گردد اگر چه حفاظت فیوزی تا رنج MW 2 نیز در عمل دیده شده است.
استارت موتور به وسیله یک دژنکتور یا کنتاکتور معمولاً انجام می پذیرد که این دژکتوز یا کنتاکتور معمولاً به یک رله اضافه بار( مثل اضافه باری که هنگام ایست موتور تحت ولتاژ اتفاق می افتد) مجهز می باشد. حفاظت جریانهای بیشتر همانند جریان اتصال کوتاه در این مورد معمولاً برای موتورهای کوچک و یا موتورهای رنج متوسط بوسیله فیوزهای محدود کننده جریان که نقش پشتیبانی را به عهده دارند صورت می پذیرد.
بر طبق یک قانون سرانگشتی اگر فیوز همه منظوره جهت حفاظت موتور استفاده گردد در این صورت مقدار جریان نامی فیوز را دو برابر اندازه جریان نامی موتور انتخاب می نمایند که در اینصورت فیوز قابلیت تحمل جریان استارت موتور را خواهد داشت. با توجه به این مسئله نتیجه می گیریم که در زمان عادی کار موتور فیوز کاملاً سرد می باشد. بنابراین برای اینکه قیمت فیوز را کاهش دهیم می توان المنت فیوز را داخل محفظه فیوزی کوچک تری قرار داد تا اینکه جریان منحنی در منطقه « زمان طولانی» فیوز ( ناحیه اضافه بار) کاهش بیابد.
فیوزهائی را که به اینصورت ساخته می شوند فیوزهای حفاظت موتوری ( دو جریانی) می نامند. به عنوان مثال یک فیوز ۱۰۰ M(ام) ۶۳ قابلیت عبور جریان ۶۳A را بطور مداوم دارا می باشد ولی منحنی مشخصه جریان- زمان آن در ناحیه اتصال کوتاه مشخصه TCC فیوز ۱۰۰A را دنبال می کند.
حفاظت موتورهای ولتاژ بالا توسط فیوز :
فیوزهای محدود کننده جریان بطور گسترده ای جهت حفاظت موتورها همراه با کنتا کتورهای هوائی و یا خلاء مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از این مجموعه حفاظتی برای موتورهای سه فاز با ولتاژ KV 11 و تا ظرفیت MW 2 نیز در عمل دیده شده است. مسئله اصلی در اینجا نیز همان مسئله ای است که مورد حفاظت موتورهای ولتاژ پایین مطرح نمودیم، یعنی اینکه فیوز می باید به عنوان حفاظت پشتیبان کننده عمل نماید، در حالیکه قابلیت تحمل جریان استارت موتور را داشته باشد.
بهر حال برای حفاظت موتورها استفاده از فیوزهائی که مخصوص حفاظت موتور ساخته می شوند توصیه می گردد، تا اینکه تحمل شرایط سرد و گرم شدن در طول پریوکاری موتور ( کم و زیاد شدن بار موتور و یا استارت و توقف موتور) را داشته باشند. فیوزهای معمولی ولتاژ بالا معمولاً با استفاده از یک سیم نقره ای که به دور یک استوانه سرامیکی پیچیده شده است ( جهت کاهش حجم فیوز) ساخته می شوند.
اگر از این فیوز جهت حفاظت موتور استفاده گردد، در این صورت در طول پریوکاری موتور، المان فیوز سرد و گرم می شود و در نتیجه آن طول المان کم و زیاد می گردد و احتمال دارد که ماسه ها مابین استوانه سرامیکی و المان قرار گیرند و در نتیجه تنش مکانیکی وارده ( در پریود سرد شدن) المان فیوز قطع گردد. اما فیوزهائی که مخصوص حفاظت موتور طراحی شده اند این مشکلات را ندارند. در چنین فیوزهائی از المانهائی که در بعضی از نقاط ضخیمتر هستند استفاده می گردد بطوریکه چین خوردگی های آن باعث کاهش اثر انبساط و انقباض در المان شده و در نتیجه تنش مکانیکی وارد از طرف ماسه را کاهش می دهد. نتیجه این طرح طولانی تر شدن فیوز، نسبت به یک فیوز معمولی شبکه های توزیع با ظرفیت قطع کنندگی مشابه می باشد.
مقاله كامل فیوزهای الکتریکی (بخش سوم)
حفاظت از ترانسفورماتورهای الکتریکی توسط فیوز :
فیوزهای ولتاژ بالا بطور گسترده در مدار اولیه ترانسفور ماتورهای توزیعی که دارای قدرت نامی حدود ۱MVAهستند، مورد استفاده قرار می گیرند. همانند حفاظت موتور در اینجا نیز فیوزها برای حفاظت در برابر جریان زیاد استفاده نمی شوند، بنابراین مقادیر نامی فیوز می تواند از مقادیر نامی ترانسفورماتور بسیار بزرگ تر باشد. فیوزها باید بر پایه ملاحظات زیر انتخاب گردند.
الف- توانائی تحمل جریان هجومی ترانفسورماتور:
وقتی ترانسفور ماتورها به برق وصل می شوند، جریان هجومی گذرایی در آنها ایجاد می شود، دامنه و مدت زمان حضور این جریان بستگی به چگالی شار مغناطیسی پس ماند هسته و شکل مومج ولتاژ در محفظه وصل کلید و امپدانس منبع دارد. فیوز نباید تحت شرایط جریان هجومی عمل کند. یک قانون سرانگشتی که در اروپا استفاده می شود این است که اثر کلی جریان هجومی را معادل ۱۰ برابر جریان نامی در مدت ۰٫۱ ثانیه در نظر می گیرند. در آمریکای شمالی روش پیشنهادی این است که اثر جریان هجومی معادل ۲۵ برابر جریان نامی برای مدت نصف پریود در نظر گرفته شود. بهر حال شبیه سازی مسئله در اینجا توصیه می گردد.
ب- توانائی تحمل اضافه بار:
ترانسفورماتورها اغلب برای چند ساعت در روز، در نقاطی فراتر از مقادیر نامی خود کار می کنند. این موضوع به دلیل ثابت زمانی طولانی حرارتی زیادی که ترانسفورماتورها دارند میسر می باشد. از آنجا که ثابت زمانی حرارتی فیوز کمتر کاز ثابت زمانی ترانسفورماتور می باشد. مقدار مجاز اضافه بار نامی ترانسفورماتور باید برای فیوز به عنوان شرایط ماندگار ( یعنی به عنوان جریان نامی) در نظر گرفته شود. امکان وجود اضافه بارهای بیشتر با مدت کمتر هم باید به دقت در نظر گرفته شوند.
ج- توانایی تحمل برخورد صاعقه:
امواج سیار جریان که در اثر برخورد صاعقه ایجاد می شوند گرچه با هماهنگی سطح عایقی سیستم دفع می شوند، ولی ممکن است باعث ذوب شدن ناخواسته المنت فیوز گردد. برای درصد کمی از موارد انرژی برخورد بسیار زیاد می باشد، جلوگیری از ذوب شدن المنت بسیار مشکل است و در عمل باید احتمال وجود خطر را پذیرفت.
د- قطع سریع جریان خطا:
فیوز باید توانائی قطع سریع جریانهای شدید حاصل از خطاهایی را که ممکن است در داخل ترانسفورماتور یا در ثانیه ترانسفورماتور و قبل از حفاظت ثانویه ( خطای “ناحیه ترمینال ثانیه”)رخ دهد، دارا باشد. گرچه در نظر گیری این موضوع مشکل نیست، ولی اگر خطا دارای دامنه محدود باشد.و ( مثل خطای دو حلقه مجاور سیم پیچی یا خطای فاز به زمین در ناحیه ترمینال ثانویه با مقاومت خطای قابل ملاحظه) قطع سریع جریان بدلیل طبیعت ضد جریان هجومی بودن مشخصه جریان- زمان فیوز، مشکل است. یک قانون سرانگشتی که در انگلستان رایج است چنین بیان می دارد که جریان خطای فاز به زمین در ترمینال ثانویه ( پس از کاهش تحت ضریبی معادل ۰٫۶ برای در نظر گرفتن اثر مقاومت خطا) باید در مدت زمان کمتر از۱۰۰ ثانیه توسط فیوز ولتاژ بالا (HV) قطع گردد.
هـ – هماهنگی مابین حفاظت اولیه و ثانویه:
اگر مدار ثانویه توسط یک رله جریان زیاد با منحنی مشخصه معکوس یا یک فیوز اصلی حفاظت شده باشد، هماهنگی مابین اولیه و ثانویه بسیار مشکل می باشد. با این وجود، حالت بسیار رایج این مطلب ، که در آن برای هر یک از کابلهای توزیعی که از ترانسفورماتور تغذیه می شوند فیوزهای مجزایی در نظر گرفته شد است. با داشتن اطمینان از اینکه کل زمان عملکرد فیوز توزیع، کمتر از زمان قبل از قوس (prearcing Time) فیوز ولتاژ بالا می باشد می توان به هماهنگی مذکور دست یافت.
به هنگام استفاده از مشخصه جریان- زمان برای انتقال کلیه جریانها به یک سمت ترانسفورماتور نسبت تبدیل ترانسفورماتور مورد توجه قرار می گیرد. برای ترانسفورماتوری که سیم پیچی آن بصورت ستاره- مثلث می باشد، مطلب دیگری نیز می باید بدترین شرایط برای ایجاد هماهنگی خطای فاز به فاز در طرف ثانویه است که توزیع جریانی بصورت ۱ : ۱: ۲ در طرف اولیه ایجاد می کند. نکته دیگری که باید در نظر گرفته شود این است که اگر ترانسفورماتور مجهز به تغییر دهنده تپ (Tap Chnger) باشد، نسبت تبدیل آن می تواند دستخوش تغییرات گردد و در نتیجه در هماهنگی باید در نظر گرفته شود.