Cầu chì công nghiệp và cách chúng hoạt động

October 9, 2018

tin tức mới nhất của công ty về Cầu chì công nghiệp và cách chúng hoạt động
Tại sao bảo vệ quá dòng

Tất cả các hệ thống điện cuối cùng trải qua quá dòng. Trừ khi được loại bỏ kịp thời, thậm chí quá mức vừa phải nhanh chóng làm quá nóng các thành phần hệ thống, làm hỏng lớp cách điện, dây dẫn và thiết bị. Quá dòng lớn có thể làm nóng chảy dây dẫn và làm bay hơi cách điện. Dòng điện rất cao tạo ra lực từ làm uốn cong và xoắn thanh cái. Những dòng điện cao này có thể kéo dây cáp từ các thiết bị đầu cuối của chúng và bẻ khóa cách điện và miếng đệm.

Quá thường xuyên, hỏa hoạn, vụ nổ, khói độc và hoảng loạn đi kèm với quá tải không kiểm soát được. Điều này không chỉ làm hỏng hệ thống điện và thiết bị, mà có thể gây thương tích hoặc tử vong cho nhân viên gần đó.

Để giảm các mối nguy hiểm này, các quy định của National Electrical Code® (NEC®), OSHA và các tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt hiện hành khác yêu cầu bảo vệ quá dòng sẽ ngắt kết nối thiết bị quá tải hoặc bị lỗi.

Các tổ chức công nghiệp và chính phủ đã phát triển các tiêu chuẩn hiệu suất cho các thiết bị quá dòng và quy trình thử nghiệm cho thấy việc tuân thủ các tiêu chuẩn và với NEC. Các tổ chức này bao gồm: Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ (ANSI), Hiệp hội các nhà sản xuất điện quốc gia (Nema) và Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia (NFPA), tất cả đều hoạt động cùng với Phòng thí nghiệm thử nghiệm được công nhận trên toàn quốc (NRTL) như Phòng thí nghiệm Underwriters ( UL).

Các hệ thống điện phải đáp ứng các yêu cầu về mã áp dụng bao gồm cả các yêu cầu bảo vệ quá dòng trước khi các tiện ích điện được phép cung cấp năng lượng điện cho một cơ sở.

Chất lượng bảo vệ quá dòng là gì?

Một hệ thống có chất lượng bảo vệ quá dòng có các đặc điểm sau:

  • Đáp ứng tất cả các yêu cầu pháp lý, chẳng hạn như NEC, OSHA, mã địa phương, v.v.
  • Cung cấp sự an toàn tối đa cho nhân viên, vượt quá yêu cầu mã tối thiểu khi cần thiết.
  • Giảm thiểu thiệt hại quá dòng cho tài sản, thiết bị và hệ thống điện.
  • Cung cấp bảo vệ phối hợp. Chỉ có thiết bị bảo vệ ngay lập tức ở phía bên của dòng quá dòng mở ra để bảo vệ hệ thống và giảm thiểu thời gian chết không cần thiết.
  • Là chi phí hiệu quả trong khi cung cấp khả năng gián đoạn dự trữ cho tăng trưởng trong tương lai.
  • Bao gồm các thiết bị và linh kiện không bị lỗi thời và chỉ yêu cầu bảo trì tối thiểu có thể được thực hiện bởi nhân viên bảo trì thường xuyên bằng cách sử dụng các công cụ và thiết bị có sẵn.

Các loại và hiệu ứng quá dòng

Quá dòng là bất kỳ dòng điện nào vượt quá định mức ampere của dây dẫn, thiết bị hoặc thiết bị trong các điều kiện sử dụng. Thuật ngữ "quá dòng" bao gồm cả quá tải và ngắn mạch.

Quá tải

Quá tải là quá dòng giới hạn trong các đường dẫn hiện tại bình thường trong đó không có sự cố cách điện.

Quá tải kéo dài thường được gây ra bởi việc cài đặt các thiết bị quá mức như thiết bị chiếu sáng bổ sung hoặc quá nhiều động cơ. Quá tải kéo dài cũng được gây ra bởi quá tải thiết bị cơ khí và do sự cố thiết bị như vòng bi bị hỏng. Nếu không được ngắt kết nối trong giới hạn thời gian đã thiết lập, quá tải kéo dài cuối cùng sẽ làm quá nhiệt các thành phần mạch gây ra thiệt hại nhiệt cho cách điện và các thành phần hệ thống khác.

Các thiết bị bảo vệ quá dòng phải ngắt kết nối các mạch và thiết bị gặp phải tình trạng quá tải liên tục hoặc kéo dài trước khi quá nhiệt xảy ra. Ngay cả quá nhiệt cách nhiệt vừa phải cũng có thể làm giảm nghiêm trọng tuổi thọ của các bộ phận và / hoặc thiết bị liên quan. Ví dụ, động cơ bị quá tải chỉ 15% có thể trải qua ít hơn 50% tuổi thọ cách điện thông thường.

Quá tải tạm thời xảy ra thường xuyên. Các nguyên nhân phổ biến bao gồm quá tải thiết bị tạm thời như máy công cụ bị cắt quá sâu hoặc đơn giản là bắt đầu tải cảm ứng như động cơ. Do quá tải tạm thời theo định nghĩa là vô hại, các thiết bị bảo vệ quá dòng không nên mở hoặc xóa mạch.

Điều quan trọng là phải nhận ra rằng các cầu chì được chọn phải có đủ độ trễ thời gian để cho phép động cơ khởi động và quá tải tạm thời giảm bớt. Tuy nhiên, nếu quá dòng tiếp tục, cầu chì phải mở trước khi các thành phần hệ thống bị hỏng. Cầu chì thời gian trễ Littelfuse POWR-PRO® và POWR-GARD® được thiết kế để đáp ứng các loại nhu cầu bảo vệ này. Nói chung, cầu chì trễ thời gian giữ 500% dòng điện định mức trong tối thiểu mười giây, nhưng vẫn sẽ mở nhanh trên các giá trị cao hơn của dòng điện.

Mặc dù các động cơ hiệu suất cao được ủy quyền của chính phủ và động cơ Nema Design E có dòng điện rôto bị khóa cao hơn nhiều, các cầu chì trễ thời gian POWR-PRO® như FLSR_ID, LLSRK_ID hoặc IDSR có đủ độ trễ để cho phép động cơ khởi động khi các cầu chì được chọn đúng theo NEC®.

Ngắn mạch

Đoản mạch là dòng chảy quá dòng chảy bên ngoài đường thông thường của nó. Các loại ngắn mạch thường được chia thành ba loại: lỗi bắt vít, lỗi vũ trang và lỗi nối đất. Mỗi loại ngắn mạch được xác định trong phần Điều khoản và Định nghĩa.

Đoản mạch là do sự cố cách điện hoặc kết nối bị lỗi. Trong quá trình hoạt động bình thường của mạch, tải được kết nối sẽ xác định dòng điện. Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện bỏ qua tải thông thường và có "đường dẫn ngắn hơn", do đó thuật ngữ 'ngắn mạch'. Vì không có trở kháng tải, yếu tố duy nhất hạn chế dòng điện là trở kháng tổng của hệ thống phân phối từ các máy phát của tiện ích đến điểm bị lỗi.

Một hệ thống điện thông thường có thể có trở kháng tải bình thường là 10 ohms. Nhưng trong tình huống một pha, cùng một hệ thống có thể có trở kháng tải 0,005 ohms hoặc ít hơn. Để so sánh hai kịch bản, tốt nhất là áp dụng Luật Ohm (I = E / R cho các hệ thống AC). Một mạch một pha 480 volt với trở kháng tải 10 ohm sẽ thu được 48 ampe (480/10 = 48). Nếu cùng một mạch có trở kháng hệ thống 0,005 ohm khi thiếu tải, dòng sự cố có sẵn sẽ tăng đáng kể đến 96.000 ampe (480 / 0,005 = 96.000).

Như đã nêu, ngắn mạch là dòng điện chạy bên ngoài đường dẫn thông thường của chúng. Bất kể cường độ quá dòng, dòng điện quá mức phải được loại bỏ nhanh chóng. Nếu không được loại bỏ kịp thời, dòng điện lớn liên quan đến ngắn mạch có thể có ba tác động sâu sắc đến một hệ thống điện: sưởi ấm, ứng suất từ ​​và vũ trang.

Sự nóng lên xảy ra ở mọi bộ phận của hệ thống điện khi dòng điện đi qua hệ thống. Khi quá dòng đủ lớn, hệ thống sưởi thực tế là tức thời. Năng lượng trong quá dòng như vậy được đo bằng giây bình phương (I2t). Quá dòng 10.000 ampe tồn tại trong 0,01 giây có I2t là 1.000.000 A2s. Nếu dòng điện có thể giảm từ 10.000 ampe xuống còn 1.000 ampe trong cùng một khoảng thời gian, I2t tương ứng sẽ bị giảm xuống còn 10.000 A2, hoặc chỉ một phần trăm của giá trị ban đầu.

Nếu dòng điện trong một dây dẫn tăng 10 lần, I2t tăng 100 lần. Dòng điện chỉ 7.500 ampe có thể làm chảy dây đồng # 8 AWG trong 0,1 giây. Trong vòng tám mili giây (0,008 giây hoặc một nửa chu kỳ), dòng điện 6.500 ampe có thể tăng nhiệt độ của dây đồng cách điện nhiệt dẻo # 12 AWG THHN từ nhiệt độ hoạt động 75 ° C đến nhiệt độ ngắn mạch tối đa 150 ° C . Bất kỳ dòng điện nào lớn hơn dòng này có thể làm bay hơi ngay cách điện hữu cơ. Arcs tại điểm xảy ra lỗi hoặc từ chuyển mạch cơ học như công tắc chuyển tự động hoặc bộ ngắt mạch có thể đốt cháy hơi gây ra các vụ nổ dữ dội và đèn flash điện.

Ứng suất từ ​​(hoặc lực) là một hàm của bình phương dòng điện cực đại. Dòng lỗi 100.000 ampe có thể tác dụng lực hơn 7.000 lb trên mỗi chân của thanh cái. Ứng suất có cường độ này có thể làm hỏng lớp cách điện, kéo dây dẫn từ thiết bị đầu cuối và thiết bị đầu cuối ứng suất đủ để xảy ra thiệt hại đáng kể.

Arcing tại điểm lỗi làm tan chảy và bốc hơi tất cả các dây dẫn và các thành phần liên quan đến lỗi. Các vòng cung thường đốt cháy qua mương và vỏ thiết bị, tắm rửa khu vực bằng kim loại nóng chảy nhanh chóng bắt đầu hỏa hoạn và / hoặc làm bị thương bất kỳ nhân viên nào trong khu vực. Các mạch ngắn bổ sung thường được tạo ra khi vật liệu hóa hơi được lắng đọng trên các chất cách điện và các bề mặt khác. Các lỗi vũ trang được duy trì làm bay hơi cách điện hữu cơ và hơi có thể phát nổ hoặc cháy.

Cho dù các hiệu ứng là sưởi ấm, căng thẳng từ tính và / hoặc vũ trang, thiệt hại tiềm tàng đối với các hệ thống điện có thể là đáng kể do hậu quả của sự cố ngắn mạch xảy ra.

II. Lựa chọn cân nhắc

Lựa chọn cân nhắc cho cầu chì (600 volt trở xuống)

Vì bảo vệ quá dòng là rất quan trọng đối với hoạt động và an toàn của hệ thống điện đáng tin cậy, việc lựa chọn và ứng dụng thiết bị quá dòng cần được xem xét cẩn thận. Khi chọn cầu chì, các tham số hoặc cân nhắc sau đây cần được đánh giá:

  • Đánh giá hiện tại
  • Đánh giá điện áp
  • Đánh giá gián đoạn
  • Loại đặc điểm bảo vệ và cầu chì
  • Giới hạn hiện tại
  • Kích thước vật lý
  • Chỉ định

Khuyến nghị tổng hợp công nghiệp

Dựa trên những cân nhắc lựa chọn ở trên, khuyến nghị sau đây:

Cầu chì có xếp hạng ampere từ 1/10 đến 600 ampe

  • Khi dòng điện sự cố có ít hơn 100.000 ampe và khi thiết bị không yêu cầu các đặc tính giới hạn dòng điện hơn của cầu chì UL Class RK1, thì cầu chì giới hạn dòng RK5 của Class Class RK5 cung cấp các đặc tính trễ thời gian và đi xe đạp với chi phí thấp hơn Cầu chì RK1. Nếu dòng sự cố có sẵn vượt quá 100.000 ampe, thiết bị có thể cần các khả năng giới hạn dòng bổ sung của các cầu chì Class RK1 của LLNRK, LLSRK và LLSRK_ID.
  • Cầu chì Class T dòng JLLN và JLLS hoạt động nhanh sở hữu các tính năng tiết kiệm không gian, đặc biệt phù hợp để bảo vệ các bộ ngắt mạch vỏ đúc, ngân hàng công tơ và các ứng dụng không gian hạn chế tương tự.
  • Cầu chì JTD_ID và JTD sê-ri JTD dòng trễ được sử dụng trong các ứng dụng trung tâm điều khiển động cơ OEM cũng như các ứng dụng động cơ và biến áp MRO khác yêu cầu bảo vệ loại 2 tiết kiệm không gian.
  • Cầu chì sê-ri Class CC và Class CD được sử dụng trong các mạch điều khiển và bảng điều khiển trong đó không gian ở mức cao. Cầu chì Littelfuse POWR-PRO CCMR được sử dụng tốt nhất để bảo vệ động cơ nhỏ, trong khi cầu chì Littelfuse KLDR cung cấp bảo vệ tối ưu cho máy biến áp điều khiển và các thiết bị tương tự.

Đối với các câu hỏi về các ứng dụng sản phẩm, hãy gọi cho Nhóm Hỗ trợ Kỹ thuật của chúng tôi theo số 800-TEC-FUSE.

Cầu chì có xếp hạng ampere từ 601 đến 6.000 ampe

Để bảo vệ tốt hơn cho hầu hết các mạch động cơ và mục đích chung, nên sử dụng cầu chì Class L POWR-PRO® KLPC. Cầu chì Class L là loạt cầu chì trễ thời gian duy nhất có sẵn trong các xếp hạng ampere cao hơn này.

Thông tin về tất cả các loạt cầu chì Littelfuse được tham chiếu ở trên có thể được tìm thấy trên Biểu đồ các lớp và ứng dụng của cầu chì UL / CSA được tìm thấy trong Hướng dẫn ứng dụng kỹ thuật ở cuối danh mục sản phẩm POWR-GARD.

Danh sách kiểm tra bảo vệ mạch công nghiệp

Để chọn thiết bị bảo vệ quá dòng thích hợp cho hệ thống điện, các nhà thiết kế mạch và hệ thống nên tự hỏi mình những câu hỏi sau đây trước khi hệ thống được thiết kế:

  • Hiện tại bình thường hoặc trung bình dự kiến ​​là gì?
  • Dự kiến ​​tối đa liên tục (ba giờ trở lên) hiện tại là gì?
  • Những gì dòng xâm nhập hoặc tạm thời có thể được dự kiến?
  • Các thiết bị bảo vệ quá dòng có thể phân biệt giữa dòng vào và dòng điện dự kiến, và mở trong tình trạng quá tải kéo dài và các điều kiện lỗi không?
  • Những loại cực đoan môi trường là có thể? Bụi, độ ẩm, nhiệt độ cực đoan và các yếu tố khác cần được xem xét.
  • Các lỗi hiện có tối đa có sẵn mà thiết bị bảo vệ có thể phải gián đoạn là gì?
  • Là thiết bị bảo vệ quá dòng được đánh giá cho điện áp hệ thống?
  • Thiết bị bảo vệ quá dòng sẽ cung cấp sự bảo vệ an toàn và đáng tin cậy nhất cho các thiết bị cụ thể?
  • Trong điều kiện ngắn mạch, thiết bị bảo vệ quá dòng sẽ giảm thiểu khả năng cháy nổ?
  • Thiết bị bảo vệ quá dòng có đáp ứng tất cả các tiêu chuẩn an toàn và yêu cầu lắp đặt hiện hành không?

Câu trả lời cho những câu hỏi này và các tiêu chí khác sẽ giúp xác định loại thiết bị bảo vệ quá dòng sẽ sử dụng để đảm bảo an toàn, tin cậy và hiệu suất tối ưu.