Cầu chì (Fuse)

1. Tổng quan về cầu chì

Cầu chì là một 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 dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện, mạch điện thắp sáng,…

Cầu chì có hình dạng đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi trong điện công nghiệp và dân dụng.

Hình 1. Một số loại vỏ cầu chì công nghiệp (hãng sản xuất Schneider).

Hình 2. Một số ruột cầu chì công nghiệp thông dụng.

Hình 3. Một số loại cầu chì dùng trong hệ thống điện dân dụng.

Các bạn có thể tải Catalog của vỏ cầu chì để tham khảo:

Download

Catalog ruột cầu chì:

Download

2. Các tính chất cơ bản 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.

Hình 4. Kí hiệu của cầu chì dùng trong thiết kế mạch điện.

3. Cấu tạo

Hình 5. Cấu tạo bên trong của cầu chì LIMITRON của BUSSMAN.

Thành phần không thể thiếu trong một cầu chì là một dây chì mắc nối tiếp với hai đầu dây dẫn trong mạch điện. Vị trí lắp đặt cầu chì là ở sau nguồn điện tổng và trước các bộ phận của mạch điện, mạng điện cần được bảo vệ như các thiết bị điện,…

Các thành phần còn lại bao gồm: hộp giữ cầu chì, các chấu mắc, nắp cầu chì, v.v… được thay đổi tùy thuộc vào loại cầu chì cũng như mục đích thẩm mỹ.

Hình 6. Mặt cắt cấu tạo của cầu chì hạ áp.

4. Phân loại

Ngoài cách đặt tên kỹ thuật(vd: IEC 60269, UL248,..), có nhiều cách khác nhau để phân loại cầu chì:

4.1. Phân theo môi trường hoạt động

Cầu chì cao áp
Cầu chì hạ áp
Cầu chì nhiệt

4.2. Phân theo cấu tạo

Cầu chì loại hở
Cầu chì loại vặn
Cầu chì loại hộp
Cầu chì ống

4.3. Phân theo đặc điểm trực quan

Cầu chì sứ
Cầu chì ống
Cầu chì hộp
Cầu chì nổ
Cầu chì tự rơi

4.4. Phân theo số lần sử dụng

Có loại cầu chì dùng một lần rồi bỏ, loại khác có thể thay dây chì mới để tiếp tục sử dụng và có loại có thể tự nối lại mạch điện sau khi ngắt mà không cần con người nhờ cấu tạo bằng chất dẻo.

Hình 7. Các cầu chì dùng lại nhiều lần.

4.5. Phân loại theo nhiệm vụ, chức năng

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.

Hình 8. Đặc tính Ampe – giây của các loại cầu chì.

5. Nguyên lí hoạt động

Hình 9. Cầu chì ngắt dòng điện bằng cách nào?

Nguyên lý làm việc của cầu chì là khi có dòng bình thường (từ định mức trở xuống), dây chảy không chảy ra nhưng khi quá dòng dây chảy phát nóng và chảy ra, hồ quang phát sinh rồi bị dập tắt, mạch điện bị ngắt. Quá dòng càng lớn thì cắt mạch càng nhanh.

Quan hệ giữa thời gian cắt mạch của cầu chì và dòng qua nó gọi là đặc tính bảo vệ của cầu chì. Nếu chỉ xét thời gian chảy của dậy chảy thì có đặc tính chảy của cầu chì chênh lệch thời gian giữ đặc tính chảy và đặc tính bảo vệ của cầu chì chính là thời gian dập tắt hồ quang.

Hình 10. Quá trình xảy ra khi cầu chì ngắt mạch.

Video mô phỏng cách cầu chì được ứng dụng trong thực tế:

6. Thông số cơ bản

Có một số thông số cơ bản của cầu chì mà chúng ta cần quan tâm:

– N: Giới hạn mà cầu chì không tự ngắt mạch điện.

– Tốc độ: cầu chì có thể ngắt ngay khi quá tải hoặc nhanh chậm một khoảng thời gian ngắn định trước theo thông số này.

– I2 t: Thước đo khả năng bảo vệ hiệu quả các hư hỏng mạch điện của cầu chì.

– Năng lực bẻ gãy.

– Xếp hạng điện áp:

Điện thả: khả năng thích nghi với các môi trường hoạt động khác nhau,thông số này không quan trọng với cầu chì truyền thống nhưng khá quan trọng với cầu chì bằng chất dẻo có khả năng tự động nối lại mạch sau khi đứt.
Chênh lệch nhiệt độ môi trường: giảm ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường tới hoạt động của cầu chì.