​

 ​

فيوز ها و كاربرد آنها در صنايع

مقدمه

وظيفه ي يك سيستم قدرت، تحويل انرژي الكتريكي به مصرف كننده به طور مداوم و بدون وقفه مي باشد. مهمترين خطر براي يك سيستم قدرت ، اتصال كوتاه مي باشد كه باعث تغييرات شديد و ناگهاني در آن مي شود. ايجاد خطا و اتلاف انرژي زياد به صورت حرارت در محل اتصال كوتاه ، باعث آتش سوزي ، صدمات مكانيكي و الكتريكي به تجهيزات مي شود.

لازم است اولا قسمت معيوب هر چه سريعتر از مدار جدا شده تا به قسمت هاي سالم صدمه اي نرسد و ثانيا حداقل قطعي برق در قسمتهاي سالم را داشته باشيم . اين امر مستلزم به كارگيري انتخاب و به كار گيري صحيح وسايل حفاظتي اعم از رله ها و فيوزها ميباشد. فيوزها خود مستقيما خطا را حس كرده و مدار را قطع مي كنند در حالي كه رله ها پس از احساس خطا براي رفع آن به كليدهاي مربوطه فرمان مي دهند.

از نظر حفاظتي ، يك سيستم قدرت به نواحي كوچكتري تقسيم مي شود كه هر كدام از اين نواحي ممكن است توسط وسايل حفاظتي اصلي و چندين وسيله حفاظتي پشتيبان مورد حفاظت قرار گيرد.

فيوز وسيله‌اي است كه مدارهاي الكتريكي را در برابر جريان غير مجاز محافظت مي‌كند. اگر جرياني بيش از جريان نامي از فيوز بگذرد فيوز مي‌سوزد و بدين ترتيب جريان برق، قطع خواهد شد. به عبارت ساده، فيوز يك وسيله حفاظتي است كه در تجهيزات و مدارات الكتريكي به كار برده مي‌شود تا در مواقعي كه جرياني بيشتر از حد انتظار از وسيله عبور مي‌كند، با سوختن فيوز مدار قطع شود تا تجهيزات ديگر آسيبي نبينند. اين وسيله اولين بار توسط توماس اديسون در سال ۱۸۹۰ ميلادي ثبت اختراع شده‌است

فيوز :

عبارت است از يك سيم حرارتي كه در مدار جريان قرار مي گيرد و به ازاي جريان به خصوصي در زمان معين ذوب مي شود (مي سوزد). عملكرد صحيح فيوز نه فقط تابع دقت مرحله ساخت مي باشد، بلكه همچنين به استفاده درست و نگهداري صحيح پس از نصب نيز بستگي دارد. چنانچه فيوز به درستي به كار گرفته نشود احتمال وارد آمدن خسارت جدي به تجهيزات گران قيمت وجود دارد.

اجزاي تشكيل دهنده ي فيوز :

 پايانه : قسمتهاي فيوز را كه براي اتصال الكتريكي مدار خارجي تعبيه شده است پايانه گويند

پايه فيوز : به قسمت هاي ثابت يك فيوز گفته مي شود كه مجهز به ترمينال هايي  براي اتصال به مدار خارجي بوده و در مورد بعضي از انواع داراي روپوش محافظ نيز مي باشد

نكته : فيوز وقتي قادر به حفاظت مدار است كه در مسير فاز و ابتداي مدار نصب شود.

كنتاكتهاي پايه فيوز : به قسمت هاي هادي پايه فيوز گفته مي شود كه با كنتاكت هاي كلاهك فيوز يا رابط  فيوز در ارتباط است.

كلاهك فيوز : به قسمت جداشدني فيوز گفته مي شود كه حامل رابط فيوز بوده و خارج كردن و تعويض آن را راحت ميكند.

كنتاكت هاي كلاهك فيوز : براي اتصال به كنتاكت هاي رابط فيوز و نيز اتصال به كنتاكت پايه فيوز طراحي شده است.

نگهدارنده ي فيوز : به مجموع پايه فيوز و كلاهك فيوز نگهدارنده فيوز گويند.

رابط فيوز ( فشنگ فيوز ) :به قسمتي از فيوز گفته ميشود كه شامل المان فيوز بوده وپس از عمل كردن فيوز براي آماده سازي مجدد آن ، بايد تعويض گردد.

كنتاكت هاي رابط فيوز : يراي اتصال رابط فيوز به كنتاكت هاي پايه فيوز و كنتاكت هاي كلاهك فيوز طراحي شده است.

المان فيوز : بخشي از فيوز بوده كه هنگام عملكرد فيوز ذوب مي گردد . (سيم فيوز)

شاخص فيوز :قسمتي از فيوز بوده كه مشخص  مي كند فيوز سالم بوده يا عمل كرده است. شاخص فيوز را با توجه به جريان نامي فيوز ، به رنگهاي مختلف مي سازند. جدول زير جريان نامي را با توجه به رنگ شاخص آن مشخص مي كند.شاخص فيوز توسط يك سيم مقاومتي نگهداشته مي شود. پس از سوختن المان فيوز سيم مقاومتي نيز سوخته  و پولك فلزي كه تحت كشش فنري كوچك قرار دارد آزاد مي شود. در فيوزهاي فشار قوي به عوض پولك ازيك ميله فلزي قطع كننده ( فشنگ ) استفاده شده است. اين ميله با ضربه اي در حدود ۱۲ Kg سبب قطع كنتاكت كليد و فرمان به لامپ سيگنال و غيره مي شود.

انواع فيوز :

۱-از نظر ولتاژ شبكه

۲- از نظر مورد استعمال

۳- از نظر محكم شدن كلاهك فيوز به پايه فيوز

۴- از نظر منحني ذوب المان فيوز

۵- از نظر نحوه ي عملكرد

۶- از نظر نحوه ي كاربرد

۱-ازنظر ولتاژ شبكه

الف) فيوزهاي فشار ضعيف : در شبكه هاي با ولتاژ كمتر از ۱۰۰۰ ولت متناوب و ۱۵۰۰ ولت مستقيم به كار ميروند

ب) فيوزهاي فشار قوي : در شبكه هاي با ولتاژ بالاتر از ۱۰۰۰ ولت متناوب به كار برده مي شود

ج) فيوزهاي فشار متوسط : فيوزهاي فشار متوسط معمولا براي محافظت از تجهيزات در سوييچ گيرهاي فشار متوسط استفاده ميشوند .مزيت اين فيوزها سرعت بالاي آنها در محدود كردن جريان در هنگام وقوع اتصال كوتاه است كه متعاقبا موجب حفاظت تجهيزات در مقابل اثرات حراراتي و ديناميكي اتصال كوتاه مي گردد.

اين فيوزها در موارد زير مورد استفاده قرار ميگيرند

ترانسفورماتورهاي توزيع

الكتروموتورهاي فشار متوسط

بانك هاي خازني

ترانسفورماتورهاي اندازه گيري PT

ويژگي ها

قابل نصب داخلي Indoor و خارجي Outdoor

قابل استفاده در سوييچگيرهاي معمولي Air Insulated و گازي Gas Insulated

قابل نصب در شرايط سخت آب و هوايي

قابل نصب در سوييچگيرهاي روغني Oil Filled

استاندارد ها

IEC 60281-1 VDE0670 part4

فيوزهاي فشار متوسط /بخش اول/ فيوزهاي محدود كننده جريان

IEC 60787 VDE0670 part402

انتخاب فيوزهاي محدود كننده جريان براي ترانسفورماتورها

DIN 43 625

فيوزهاي فشار متوسط ۳٫۶kv – ۳۶kv

IEC 60644 / VDE 0670 part401

فيوزهاي فشار متوسط براي حفاظت از الكترو موتورها

IEC60549

فيوزهاي هاي ولتاژ جهت حفاظت از بانك هاي خازني

۲-از نظر مورد استعمال :

الف) فيوزهاي فشار ضعيف از نظر مورد استعمال به دو دسته NH  يا HRC يا LS   تقسيم مي شوند.

ب) فيوزهاي فشار قوي ازنظر مورد استعمال به دو دسته فيوزهاي كات اوت براي شبكه هاي توزيع و فيوزهاي قدرت تقسيم مي شوند.

​ فيوز كات اوت

​ فيوز قدرت

فيوزهاي NH يا HRC  فيوز فشار ضعيف با قدرت قطع زياد  :

اين فيوز داراي قدرت قطع زياد بوده به طوري كه مي تواند جريان هاي اتصال كوتاه  تا ۲۰۰ كيلو آمپر و بيشتر را با اطمينان كامل قطع كند. اين فيوزها براي جريان نامي تا ۱۲۵۰ آمپر و ولتاژ نامي ۶۶۰ ولت ساخته شده اند و براي حفاظت سيم و كابل در توزيع با قدرت هاي زياد و حفاظت موتورها بكار برده مي شوند.

​

HRC يا NH

فيوزهاي LS – معروف به فيوز فشنگي يا فيوز بوكس (فيوز فشار ضعيف با قدرت قطع كم)  :

اين فيوز مخصوص حفاظت سيم ساخته شده است و قدرت قطعشان قدري كمتر از فيوزهاي NH مي باشد.

اين فيوزها در دو نوع فيوز فشنگي Diazed و Neozed ساخته مي شوند. قدرت قطع اين فيوزها كمتر از فيوزهاي NH ميباشد.

​

فيوز فشنگي

فيوزهاي كات اوت :

از فيوزهاي كات اوت به طور وسيعي در حفاظت فيدرهاي توزيع استفاده مي شود. در ايران اين فيدرها عموما داراي ولتاژهاي ۱۱ ، ۲۰، ۳۳ كيلو ولت هستند. از اين فيوزها مي توان در مواقع تغيير و نگهداري  و … به عنوان سكسيونر نيز استفاده كرد. اصولا از فيوزهاي كات اوت در جاهايي استفاده مي شود كه خطاها و اضافه بارها به ندرت اتفاق مي افتد چرا كه هر بار عملكرد اين فيوز بايد فردي براي تعويض فيوز به محل اعزام شود.

اين فيوزها در ولتاژهاي ۲٫۶ تا ۳۴٫۵ كيلو وات ساخته مي شوند و جريان نامي آنها از ۶ تا ۲۰۰ آمپر مي باشد. ظرفيت قطع آنها از  ۲ كيلوآمپر در ولتاژهاي بالا  تا ۲۰ كيلو آمپر در ولتاژهاي پايين متغيير است.

فيوزهاي قدرت – فيوزهاي فشار قوي با قدرت قطع زياد – فيوز HH :

فيوزهاي قدرت هنگامي استفاده مي شود كه جريان اتصال كوتاه سيستم بزرگتراز ظرفيت قطع فيوزهاي كات اوت باشد. ضمنا فيوزهاي قدرت براي ولتاژهاي بالاتري نسبت به فيوزهاي كات اوت ساخته ميشوند. اصول كار فيوزهاي كات اوت و قدرت نظير هم مي باشند.

فيوزهاي قدرت در ولتاژهاي ۲٫۴ تا ۱۳۸ كيلو وات ساخته مي شوند و جريان كار مداوم آنها از ۰٫۵ تا ۴۰۰ آمپر است. فيوزهاي قدرت از نوع محدود كننده جريان را مي توان در محلهايي كه جريان اتصال كوتاه متقارن اند تا ۸۰ كيلو آمپر باشد مورد استفاده قرار داد.

​

فيوز HH

۳-از نظر محكم شدن كلاهك فيوز به پايه فيوز :

فيوزهاي فشار ضعيف را از نظر نحوه ي محكم شدن كلاهك فيوز به پايه فيوز مي توان به دو دسته تقسيم كرد :

الف) نوع B : از يك پايه فيوز ، كلاهك فيوز و رابط فيوز( فشنگ)استوانه اي تشكيل شده است كه معمولا فشنگ فيوزتوسط دو كنتاكت تيغه اي به پايه ي فيوز محكم مي شود.

فيوزهاي NH عموما از اين نوع ساخته مي شوند. اين فيوزها به فيوزهاي چاقويي معروفند.

ب) نوع D : از يك پايه فيوز ، كلاهك فيوز نوع پيچي و يك رابط فيوز ( فشنگ ) تشكيل شده است كه كلاهك فيوز توسط پيچاندن به پايه فيوز محكم مي شود. فيوزهاي LS عموما ازاين نوع ساخته مي شوند. اين فيوزها به فيوزهاي فشنگي معروفند.

۴-  از نظر منحني ذوب المان فيوز:

فيوزها را ميتوان بر اساس منحني ذوب المان فيوز T.C.C به دو دسته تند كار (فرز – نوع  L ) و كند كار (تنبل – نوع M – موتوري) تقسيم نمود . فيوز كند كار جريان هاي زياد را خيلي كندتر از فيوز تندكار قطع مي كند. به اين جهت فيوزهاي كندكار در جاهايي مصرف مي شوند كه اضافه بار كم مدت نبايد سبب قطع مدار گردد( مثل هنگام راه اندازي موتورها).

۵- از نظر نحوه ي عملكرد :

از نظر نحوه ي عملكرد مي توان فيوزها را به دو دسته زير تقسيم كرد :

الف) فيوزهاي محدود كننده جريان

ب) فيوزهايي كه جريان را محدود نمي كنند

از مفهوم محدود كنندگي جريان مشخص شده است كه در اثر وقوع خطا ، جريان بسيار بزرگ از فيوز ومدار خواهد گذشت چون فيوز محدود كننده در مدار وجود دارد، جريان قبل از اينكه به پيك خود برسد توسط فيوز قطع مي شود.

فيوزهاي غير محدود كننده جريان داراي اين قابليت نيستند و بنابراين جريان هاي اتصال كوتاه بزرگ بدون اينكه قبل از رسيدن به پيك قطع شوند، از فيوز و در نتيجه تجهيزات تحت حفاظت عبور مي كنند. انواع فيوزهايي كه پس از عمل ، گازهاي حاصل از عملكرد فيوزاز محفظه المان آن خارج مي شوند از نوع فيوزهاي غير محدود كننده جريان هستند و به فيوزهاي انفجاري معروفند.

لازم به تذكر است كه فيوزهاي غير محدود كننده جريان مانند : كليدهاي فشار قوي وقتي قادر به قطع قوس و در نتيجه قطع مدار هستند ، كه جريان متناوب به نقطه صفرخود برسد.

۶- از نظر نحوه ي كاربرد :

از نظر نحوه ي كاربرد مي توان فيوزها را به انواع زير تقسيم نمود :

الف ) فيوز همه منظوره (فشنگ نوع G)

فيوز محدود كننده جرياني را گويند كه قادر است تحت شرايط معين همه جريان هاي كوچكتر يا مساوي ظرفيت قطع ناميش را كه باعث ذوب المان فيوزي مي گردند ، قطع كند.

ب ) فيوز پشتيبان ( فشنگ نوع A )

فيوز محدود كننده ي جرياني را گويند كه قادر است تحت شرايط معين همه ي جريان هاي بين پايين ترين جريان تعيين شده روي مشخصه زمان ، جريان عملكردش و ظرفيت قطع ناميش را قطع كند.

تذكر : به عنوان يك تعريف ساده براي فيوزهاي پشتيبان مي توان گفت كه فيوزهاي پشتيبان نوع A  عموما براي حفاظت در مقابل اتصال كوتاه به كار مي روند حال آن كه فيوزهاي همه منظوره در مقابل اضافه بار نيز مدار را حفاظت مي كنند.

انواع فيوزها از نظر ساختار:

۱-فيوزهاي فشنگي

​

۲-اتوماتيك(آلفا)

​

۳-مينياتوري

۴- بكس

​

۵- كاردي ( تيغه اي)

​

۶-شيشه اي يا كارتريج

​

۷- فيوز هاي فشار

فيوز هاي مينياتوري

 ​

فيوزهاي مينياتوري نوعي از فيوزها هستند كه مي‌توانند مدارات را در برابر جريان اتصال كوتاه و جريان اضافه بار محافظت نمايند. تشخيص جريان اتصال كوتاه بوسيله يك سيم پيچ داراي تعداد دور كم و قطر زياد ميباشد. تشخيص جريان اضافه به عهده يك فلز (بيمتال) مي‌باشد كه بوسيله عبور جريان مدت دار بيش از جريان نامي گرم شده و بر اثر خم شدن باعث عمل كنتاكت فيوز شده و مدار را قطع مي‌كند.

فيوزهاي مينياتوري بر حسب نوع كاربرد به دو گروه تند كار و كند كار تبديل مي‌شوند. از فيوز تند كار جهت مدارهاي روشنايي (غير موتوي) و از فيوز كند كار جهت مدارات موتوري استفاده مي‌شود. فيوز ترانسفورماتور كه اغلب كت اوت(CUT OUT FUSE) ناميده مي‌شود يك المنت است و چون با برداشتن تيغه فولادي يا نگهدارنده فيوز مدار مانند قطع يك كليد، باز مي‌شود به آن كت اوت مي‌گويند. فيوز كت اوت جهت حفاظت ترانسفورماتور در مقابل جريانهاي زياد احتمالي ناشي از اتصال كوتاه يا اضافه بار در شبكه فشار ضعيف و سيم پيچي‌هاي داخل ترانسفورماتور به كار مي‌رود.

فيوزهاي بوكسي:

اين فيوزها داراي فشنگي هستند كه مي‌تواند از نوع تندكار يا كندكار باشد. نوع تندكار معمولاً براي مدارهاي روشنايي و نوع كندكار معمولاً براي الكتروموتور ها به كار مي‌رود كه در اصطلاح به آن فشنگ موتوري مي‌گويند. داخل فشنگ‌ها يك سيم حرارتي ذوب‌شونده هست كه اطراف آن با خاك نرم كوارتز و ماسه پر مي‌شود تا حرارت و جرقه ي حاصل از سوختن سيم حرارتي را به خود جذب كند. فشنگ‌ها داراي يك پولك رنگي در انتهاي خود هستند كه پشت شيشه ي كلاهك فيوز قرار مي‌گيرد. اين پولك با يك سيم نازك به سر فشنگ وصل شده كه آمپر نامي آن را مشخص مي‌كند، و پس از سوختن فيوز اين پولك نيز به داخل آن مي‌افتد.

تعيين جريان نامي فيوز از روي رنگ پولك آن

صورتي            2

قهوه اي            4

سبز                6

قرمز روشن        10

خاكستري          16

آبي                20

زرد روشن        25

سياه               35

سفيد              50

مسي روشن       63

نقره اي           80

قرمز تيره         100

زرد تيره          125

مسي              160

آبي               200

نكته : در داخل فشنگ فيوز خاك كوارتز يا ماسه ريزه پر ميكنند خاصيت اين پودر اين است كه در هنگام قطع فيوز باعث خاموش شدن جرقه توليد شده در داخل فشنگ مي شود و از انفجار در اثر جرقه جلوگيري مي كند.

علامت گذاري

علامت گذاري (مشخصه/كلاس ) فيوزهاي حفاظت از نيمه رساناها مانند ساير فيوزها بــا ۲ حرف صورت ميگيــرد كه حرف اول محدوده جريان قطع و عملكرد فيوز را مشخص ميكند.(با حروف كوچك)

a – حفاظت محدود

منظور آن است كه فيوز در محدوده عملكرد خود در تمام محدوده جريان بين كمترين جريان تعيين شده روي منحني جريان/ زمان از دستگاهي كه پس از آن قرار گرفته خود و قدرت قطع خود صرفا محافظت مينمايد.

g- حفاظت كامل

فيوز با عبور همه جريان هايي كه موجب ذوب شدن المنت شده تــا جريان قدرت قطع خود از آسيب ديدن دستگاه و مدار محافظت مينمايد.

حرف دوم اما كاربرد فيوز را با توجه به مشخصه و نوع بهره برداري از آن مشخص ميكند. (با حروف بزرگ)

L – حفاظت هاديها

B – تجهيزات معدن

M – تجهيزات موتور دار و حفاظت كليد زني

R– حفاظت نيمه هاديها

Tr – حفاظت ترانسفورماتور ها

تركيب محدوده قطع فيوزها و كاربردهاي آنها در راهنماي كاربرد فيوزهاي فشار ضعيف مربوط به استاندارد IEC61818 به صورت زير آورده شده است.

gL – حفاظت كامل – كاربرد عمومي ويژه اجزاء نيمه رسانا

aM- حفاظت محدود – حفاظت از موتورها در برابر اتصال كوتاه

gR – حفاظت كامل – حفاظت از نيمه رساناها و مدار

aR – حفاظت محدود – حفاظت از نيمه رساناها

gS – حفاظت كامل – تركيب gR و aR

gB – حفاظت كامل – حفاظت دستگاههاي استخراج معدن

​

​

​

gTr- حفاظت كامل- حفاظت ترانسفورمر ها

ويژگيهاي فيوزهاي قطع سريع

اين فيوزها كه براي حفاظت نيمه رساناها و تضمين صحت و اطمينان از عملكرد تأسيسات و تجهيزات به كار ميروند داراي ويژگيهاي زير ميباشند.

قطع مدار به ميزان كافي سريع است تا آسيبي به دستگاهها وارد نشود.

عملكرد سريع قطع مدار قبل از آسيب ديدن بخشهاي نيمه رسانا اتفاق ميافتد.

قدرت قطع نامي بالا

ظرفيت بالا در كليد زني جريان

محدوديت بالاي جريان DC

قوس الكتريكي (Arc) ناچيز هنگام واكنش (عملكرد فيوز به گونه اي اســت كه موجب Over–Voltage غير قابل قبول و مخرب اجزاء نيمه هادي نميگردد.)

فيوزهاي gS قابليت حفاظت كامل هم دستگاه متشكل از نيمه هاديها و هم اتصالات مدار به صورت همزمان را دارا مي باشند. همچنين ميتوان از آنها براي موتورهاي با سرعت متغير، راه اندازهاي نرم، سروموتورها، موتورهاي DC و ساير تجهيزات تابلويي به منظور حفاظت مدار اتصال و اجزاء نيمه هادي استفاده نمود.

فيوزهاي جديدgS=gG+aR موجب ميشوند تا فضاي كمتري در تابلو اشغال شده و در نتيجه از قيمت تمام شده آن ميكاهد. فيوزهاي gS قادرند ضمن حفاظت كابل، از نيمه رساناهاي موتورها در برابر خرابي ديودها و تريستورها و يا انفجار IGBTپيشگيري كنند. اين فيوزها كه بهترين حفاظت از تجهيزات الكترونيك سيمها، كابلها، اتصاالت و كليدها از جريانهاي شديد را از خود نشان دادهاند بر اساس استانداردهايIEC 60269-4 و VDE 0636 توليد شده اند.

​

انتخاب فيوز قطع سريع

اگرچه دستورالعمل مشخصي به جز IEC 60146-6 كه در بالا نيز به آن اشــاره شــد جهت انتخاب فيوز منتشر نشده است و بسته به ويژگيهاي مدار و تأسيسات موردنظر ميبايست محاسبات خاص خود را به منظور تعيين دقيق فيوز انجام داد اما چند پيشــنهاد پايه در اين مبحث عنوان ميگردد.

A شدت جريان گذرنده از نيمه هادي (Isem) مي بايست كمتر و يا مساوي با جريان نامي فيوز انتخابي (Inv) باشد.

Isem ≤ Inv

B اختالف پتانسيل در نيمه هادي (Usem) مي بايست كمتر و يا مساوي با ولتاژ نامي فيوز (Unv) باشد.

Usem ≤ Unv

C مشخصهI2t فيــوز انتخابــي مي بايست از مشخصه I2tنيمه رسانا كمتر باشد.

I2topv < I2tsem

انواع فيوز ها و كاربر

​