tipos de fusíveis

Todo sistema elétrico trabalha com o equilíbrio entre energia fornecida e consumida. Quando a tensão é aplicada a um circuito elétrico, ela é aplicada a uma certa resistência no circuito. Como resultado, com base na lei de Ohm, uma corrente é gerada devido à ação da qual o trabalho é realizado.

No caso de defeitos de isolamento, erros de montagem, modo de emergência, a resistência do circuito elétrico diminui gradualmente ou cai drasticamente. Isso leva a um aumento correspondente na corrente, que, ao ultrapassar o valor nominal, causa danos aos equipamentos e pessoas.

Questões de segurança sempre foram e sempre serão relevantes no uso de energia elétrica. Portanto, atenção especial é constantemente dada aos dispositivos de proteção. Os primeiros desses projetos, chamados de fusíveis, ainda são amplamente usados ​​hoje.

O fusível elétrico faz parte do circuito de trabalho, é cortado na seção do fio de alimentação, deve suportar de forma confiável a carga de trabalho e proteger o circuito da ocorrência de correntes excessivas.Esta função é a base da classificação da corrente nominal.

De acordo com o princípio de operação aplicado e método de interrupção do circuito, todos os fusíveis são divididos em 4 grupos:

1. com elo fusível;

2. projeto eletromecânico;

3. Com base em componentes eletrônicos;

4. Modelos self-healing com propriedades reversíveis não lineares após a ação de sobrecorrente.

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Os fusíveis deste projeto incluem um elemento condutor que, sob a ação de uma corrente que excede o valor nominal definido, derrete por superaquecimento e evapora. Isso remove a tensão do circuito e o protege.

Os elos fusíveis podem ser feitos de metais como cobre, chumbo, ferro, zinco ou algumas ligas que possuem um coeficiente de expansão térmica que fornece as propriedades protetoras dos equipamentos elétricos.

As características de aquecimento e resfriamento dos fios para equipamentos elétricos em condições de operação estacionária são mostradas na figura.

A operação do fusível na carga de projeto é garantida criando um equilíbrio de temperatura confiável entre o calor liberado no metal pela passagem de uma corrente elétrica operacional através dele e a remoção de calor para o ambiente devido à dissipação.

Em caso de modos de emergência, esse equilíbrio é rapidamente perturbado.

A parte metálica do fusível aumenta o valor de sua resistência ativa quando aquecida. Isso resulta em mais aquecimento, pois o calor gerado é diretamente proporcional ao valor de I2R. Ao mesmo tempo, a resistência e a geração de calor aumentam novamente. O processo continua como uma avalanche até que ocorra o derretimento, fervura e destruição mecânica do fusível.

Quando o circuito se rompe, há um arco elétrico dentro do fusível. Até o momento do desaparecimento completo, passa por ele uma corrente perigosa para a instalação, que se altera conforme a característica mostrada na figura abaixo.

O principal parâmetro de operação do fusível é sua corrente característica ao longo do tempo, que determina a dependência do múltiplo da corrente de emergência (em relação ao valor nominal) do tempo de resposta.

Para acelerar a operação do fusível em baixas taxas de correntes de emergência, são utilizadas técnicas especiais:

• criar formas de seção transversal variáveis ​​com áreas de área reduzida;

• usando o efeito metalúrgico.

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À medida que as placas se estreitam, a resistência aumenta e mais calor é gerado. Em operação normal, essa energia tem tempo de se espalhar uniformemente por toda a superfície e, em caso de sobrecarga, são criadas zonas críticas em locais estreitos. Sua temperatura atinge rapidamente um estado em que o metal derrete e quebra o circuito elétrico.

Para aumentar a velocidade, as placas são feitas de folhas finas e são usadas em várias camadas conectadas em paralelo. A queima de cada área de uma das camadas acelera a operação de proteção.

O princípio do efeito metalúrgico

Baseia-se na propriedade de certos metais de baixo ponto de fusão, por exemplo, chumbo ou estanho, para dissolver mais cobre refratário, prata e certas ligas em sua estrutura.

Para fazer isso, gotas de estanho são aplicadas aos fios trançados dos quais o elo fusível é feito.Na temperatura admissível do metal dos fios, esses aditivos não criam nenhum efeito, mas em modo de emergência derretem rapidamente, dissolvem parte do metal base e aceleram o funcionamento do fusível.

A eficácia desse método se manifesta apenas em fios finos e diminui significativamente com o aumento de sua seção transversal.

A principal desvantagem de um fusível é que, ao ser acionado, ele deve ser substituído manualmente por um novo. Isso requer a manutenção de seus estoques.

fusíveis eletromecânicos

O princípio de cortar um dispositivo de proteção no fio de alimentação e garantir sua interrupção para aliviar a tensão permite classificar os produtos eletromecânicos criados para isso como fusíveis. No entanto, a maioria dos eletricistas os classifica em uma classe separada e os chama de disjuntores ou abreviado como máquinas automáticas.

Durante sua operação, um sensor especial monitora constantemente o valor da corrente de passagem. Depois de atingir um valor crítico, um sinal de controle é enviado ao inversor — uma mola carregada de uma liberação térmica ou magnética.

Fusíveis de componentes eletrônicos

Nesses projetos, a função de proteção do circuito elétrico é assumida por chaves eletrônicas sem contato baseadas em dispositivos semicondutores de potência de diodos, transistores ou tiristores.

Estes são chamados de fusíveis eletrônicos (EP) ou módulos de controle e comutação de corrente (MKKT).

Como exemplo, a figura mostra um diagrama de blocos mostrando o princípio de operação de um fusível de transistor.

O circuito de controle de tal fusível remove o sinal de valor de corrente medido do shunt resistivo.É modificado e aplicado à entrada da porta semicondutora isolada transistor de efeito de campo do tipo MOSFET. 

Quando a corrente através do fusível começa a exceder o valor permitido, o portão fecha e a carga é desligada. Nesse caso, o fusível é comutado para o modo de travamento automático.

Se muita vigilância por vídeo for usada no circuito, torna-se difícil determinar o fusível queimado. Para facilitar a localização, foi introduzida a função de sinalização "Alarme", que pode ser detectada pelo flash do LED ou pelo acionamento de um relé sólido ou eletromecânico.

Esses fusíveis eletrônicos são de ação rápida, seu tempo de resposta não excede 30 milissegundos.

O esquema discutido acima é considerado simples, pode ser significativamente expandido com novas funções adicionais:

• monitoramento contínuo da corrente no circuito de carga com a formação de comandos de desligamento quando a corrente ultrapassar 30% do valor nominal;

• desligamento da zona protegida em caso de curto-circuito ou sobrecarga com sinal quando a corrente na carga aumenta acima de 10% do ajuste definido;

• proteção do elemento de potência do transistor em caso de temperaturas acima de 100 graus.

Para tais esquemas, os módulos ICKT utilizados são divididos em 4 grupos de tempo de resposta. Os dispositivos mais rápidos são classificados como classe «0». Eles interrompem as correntes que excedem o ajuste em 50% por até 5 ms, em 300% em 1,5 ms, em 400% em 10 μs.

Fusíveis auto-recuperáveis

Esses dispositivos de proteção diferem dos fusíveis porque, após o desligamento da carga de emergência, eles mantêm sua operacionalidade para uso repetido.É por isso que eles foram chamados de autocura.

O design é baseado em materiais poliméricos com um coeficiente de temperatura positivo de resistência elétrica. Eles têm uma estrutura de rede cristalina em condições normais e se transformam abruptamente em um estado amorfo quando aquecidos.

A característica de disparo de tal fusível é geralmente dada como o logaritmo da resistência versus temperatura do material.

Quando um polímero tem uma rede cristalina, é bom, como um metal, para conduzir eletricidade. No estado amorfo, a condutividade é significativamente degradada, o que garante que a carga seja desligada quando ocorrer um modo anormal.

Esses fusíveis são usados ​​em dispositivos de proteção para eliminar a ocorrência de sobrecargas repetidas quando a substituição do fusível ou as ações manuais do operador são difíceis. É o campo de dispositivos eletrônicos automáticos amplamente utilizados em tecnologia de computadores, dispositivos móveis, medição e tecnologia médica e veículos.

A operação confiável dos fusíveis auto-reinicializáveis ​​é afetada pela temperatura ambiente e pela quantidade de corrente que flui através dela. Para serem contabilizados, foram introduzidas condições técnicas:

• corrente de transmissão, definida como o valor máximo a uma temperatura de +23 graus Celsius, que não aciona o dispositivo;

• a corrente de funcionamento, como valor mínimo que, à mesma temperatura, conduz à passagem do polímero para o estado amorfo;

• o valor máximo da tensão de operação aplicada;

• tempo de resposta, medido desde o momento em que ocorre a corrente de emergência até o desligamento da carga;

• dissipação de energia, que determina a capacidade do fusível em +23 graus de transferir calor para o ambiente;

• resistência inicial antes de conectar ao trabalho;

• resistência atinge 1 hora após o término da operação.

Os protetores de autocura têm:

• tamanhos pequenos;

• resposta rápida;

• Emprego estável;

• proteção combinada de dispositivos contra sobrecarga e superaquecimento;

• sem necessidade de manutenção.

Variedades de designs de fusíveis

Dependendo das tarefas, são criados fusíveis para funcionar em circuitos:

• instalações industriais;

• electrodomésticos de uso geral.

Por operarem em circuitos com diferentes tensões, os invólucros são fabricados com propriedades dielétricas diferenciadas. De acordo com esse princípio, os fusíveis são divididos em estruturas que funcionam:

• com dispositivos de baixa tensão;

• em circuitos até e incluindo 1000 volts;

• em circuitos de equipamentos industriais de alta tensão.

Projetos especiais incluem fusíveis:

• explosivo;

• perfurado;

• com extinção de arco quando o circuito abre em canais estreitos de cargas de granulação fina ou formação de autogás ou explosão de líquido;

• para veículos.

A corrente de falha limitada de um fusível pode variar de frações de um ampère a quiloampères.

Às vezes, os eletricistas, em vez de um fusível, instalam um fio calibrado na caixa. Este método não é recomendado, pois mesmo com uma seleção precisa da seção transversal, a resistência elétrica do fio pode diferir da recomendada devido às propriedades do próprio metal ou liga. Esse fusível não funcionará com certeza.

Um erro ainda maior é o uso acidental de "bichos" caseiros.Eles são a causa mais comum de acidentes e incêndios na fiação elétrica.