Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Cầu chì Fuse

1. Cầu chì - Khái niệm và yêu cầu

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng.

Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi.

 Cầu chì và vỏ cầu chì Schneider 

Cầu chì và vỏ cầu chì Schneider 

Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:

  • Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua.
  • Đặc tính A - s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ.
  • Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc.
  • Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian.

2. Cầu chì - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

2.1. Cấu tạo của Cầu chì

Cầu chì bao gồm các thành phần sau:

  • Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng củ dòng điện qua nó. Phần tử này có giá trị điện trở suất bé (thường bằng bạc, đồng hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên...). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băng mỏng.
  • Thân của cầu chì: Thường bằng thuỷ tính, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tương đương. Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất:
✔️Có độ bền cơ khí.
✔️Có độ bền về điệu kiện dẫn nhiệt và chịu đựng được các sự thay đôi nhiệt độ đột ngột mà không hư hỏng.
  • Vật liệu lấp đầy (bao bọc quanh phần tử ngắt mạch trong thân cầu chì):

Thường bằng vật liệu Silicat ở dạng hạt, nó phải có khả ngăng hấp thụ được năng lượng sinh ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch.

  • Các đấu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóng ngắt mạch; đồng thởi phải đảm boả tính tiếp xúc điện tốt.

2.2. Nguyên lý hoạt động của Cầu chì

Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điẹn chạy qua (đặc tính Ampe - giây). Để có tác dụng bảo vệ, đường Ampe - giây của cầu chì tại mọi điểm phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cần bảo vệ.

  • Đối với dòng điện định mức của cầu chì: Năng lượng sinh ra do hiệu ứng Joule khi có dòng điện định mức chạy qua sẽ toả ra môi trường và không gây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được thiết lập ở một giá trị mà không gây sự già hoá hay phá hỏng bất cứ phần tử nào của cầu chì.
  • Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì: Sự cân bằng trên cầu chì bị phá huỷ, nhiệt năng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá huỷ cầu chì

2.3. Phân loại, ký hiệu, công dụng của Cầu chì

Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạng sau: 

Ký hiệu của cầu chì

Ký hiệu của cầu chì

Cầu chì có thể chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:

  • Cầu chì loại g: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố hay quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải.
  • Cầu chì loại a: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải.

Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta cần căn cứ vào đặc tuyến Ampe - giây (là đường biểu diễn mô tả mối quan hẹ giữa dòng điện qua cầu chì và thời gian ngắt mạch của cầu chì).

✔️ICC: Giá trị dòng điện ngắn mạch.
✔️IS: Giá trị dòng điện quá tải.

Với cầu chì loại g: Khi có dòng ICC qua mạch nó phải ngắt mạch tức thì, và khi có dòng IS qua mạch cầu chì không ngắtm ạch tức thì mà duy trì một khoảng thời gian mới ngắt mạch (thời gian ngắt mạch và giá trị dòng IS tỉ lệ nghịch với nhau).

Do đó nếu quan sát hai đặc tính Ampe - giây của hai loại cầu chì a và g; ta nhận thấy đặc tính Ampe - giây của cầu chì loại a nằm xa trục thời gian (trục tung) và cao hơn đặc tính Ampe - giây của cầu chì loại g.Cac-dac-tinh-cua-Cau-chi 

Đặc tính Ampe - giây của các loại cầu chì

2.4. Các đặc tính điện áp của cầu chì

  • Điện áp định mức là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ở hai đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của nguồn điện trong phạm vi 48Hz đến 62Hz.
  • Dòng điện định mức là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm thay đổi đặc tính của nó.
  • Dòng điện cắt cực tiểu là giá trị nhỏ nhất của dòng điện sự cố mà dây chì có khả năng ngắt mạch. Khả năng cắt định mức là giá trị cực đại của dòng điện ngắn mạch mà cầu chì có thể cắt.