为什么保险丝在特定电流下会烧毁?

电器工程 力量 反抗 保险丝
2022-01-08 20:10:27

我们通常指定导体(如保险丝)在不燃烧的情况下可以处理的最大电流。但是,当导体中耗散了一定数量的能量/热量时,导体是否真的会失效?然后导体处于太高的温度并燃烧/熔化。

假设我有一个额定电流为 10A 的保险丝。那为什么我可以在 9A 这样的较低电流下连续操作保险丝,而保险丝也不会烧毁,但要晚一点?

我们还知道,功率、电压和电流都与欧姆定律有关。所以如果我们有一个 10A 的保险丝,它有一些任意的电阻,比如 100 欧姆,为什么不叫它 1kV 保险丝(10A * 100 欧姆)或 10kW 保险丝(10A * 10A * 100 欧姆)呢?这些数字完全是任意的,所以我知道它们不能反映现实,但它们让我的观点很清楚。

4个回答

所以如果我们有一个 10A 的保险丝,它有一些任意的电阻,比如 100 欧姆,...

在此处输入图像描述

这种典型的 10 A 保险丝具有 5 mΩ 的电阻。因此,您的猜测超出了大约 20,000 倍。在 10 A 时,功耗由\$ P = I^2R = 10^2 \times 5m = 500 \ \text {mW} \$ 给出

电阻:保险丝的电阻通常是总电路电阻的一个微不足道的部分。由于分数安培保险丝的电阻可能是几欧姆,因此在低压电路中使用它们时应考虑这一事实。实际值可通过联系 Littelfuse 获得。资料来源:Littlefuse Fuseology 应用指南(非常值得一读)。

分数安培保险丝电阻较高的原因是保险丝的长度与 10 A 版本的长度大致相同,但必须更细才能在例如 100 mA 时熔断。一个 100 mA 的保险丝可能正在保护一个正常电流为 50 mA 的电路。如果保险丝电阻为 1 Ω,则在使用中将有 50 mV 的压降。

所需的保险丝直径可以通过$$ d = \left( \frac {I_f}{C} \right)^{\frac {2}{3}} $$其中 I f是熔断电流以安培为单位,C 是使用中特定金属的 Preece 系数。(来源:Ness Engineering。)由此我们可以看出,相同材料的 10 A 和 0.1 A(100 倍)保险丝将导致 10 A 保险丝的线径\$ 100^{\frac {2 }{3}} = 0.1 A 保险丝的 21.5\$ 倍。

... 为什么我们不将其称为 1kV 保险丝(10 A * 100 欧姆)或 10 kW 保险丝(10 A * 10 A * 100 欧姆)?

因为它是一个过流保护装置。保险丝已经有一个额定电压,这意味着完全不同的东西。见下文。

保险丝需要几个额定值:

  • 当前(我认为这很明显)。
  • 保险丝的额定电压。这指定了它可以可靠地断开而不形成和维持内部电弧的最大电压。
  • 时间等级 - 它会吹得有多快。

Littlefuse 文章详细介绍了所有这些内容,因此无需在此处复制。

  1. 导体在达到一定温度时失效。由于保险丝与环境热接触,它可以在熔断之前消耗一定量的功率。
  2. 您的 10A 保险丝设计为在 10A 时熔断(正负一些容差)。所以它应该整天运行在 9A。
    • 但是那个 10A 的保险丝在 10A 时需要很长时间才能熔断,而在 20A 时会更快地熔断,如果你将 100A 的电流推过它,可能会出现故障。有一个完整的,大部分被忽视的科学来融合。
    • 如果您整天以 9A 或 9.8A 的电流运行 10A 保险丝,它会发热并缓慢降解。
    • 这一切都意味着,如果它吹得有多快或持续多长时间真的很重要,那么您需要与保险丝制造商交谈。
  3. 保险丝的额定电流为安培,因为这是大多数安装保险丝的人所关心的。理想的 10A 保险丝不会降低电压,即使在低于 10A 的纳安时也不会熔断或退化,但会立即(或在明确定义的时间之后)熔断。不存在理想的保险丝。
  4. 当您考虑所有这些时,您可能想要挖掘一些保险丝数据表并查看优秀的公司(Bussman、Littlefuse 等)对此进行了详细说明——例如设计用于临时过载的慢断保险丝和设计用于比“普通”保险丝反应更快的快熔保险丝。如果熔断器需要响应的方式是非标准且关键的,那么设计一个熔断器可能会成为一项工程练习。

通常,保险丝不知道它用于什么电压电路 - 它只知道流过它的电流,所以这是唯一可以导致它熔断的东西。

保险丝还具有额定电压,因为一旦保险丝熔断,其两端将具有完整的电路电压,因此必须将其设计为安全地处理该电压而不会产生电弧。

问问自己:保险丝的用途是什么?

  1. 限制保险丝两端的电压?不,这是没有意义的。
  2. 限制保险丝内部耗散的功率?不,这也是没有意义的。
  3. 限制通过保险丝的电流?令人惊讶的是,没有!保险丝的工作不是保护自己免受任何伤害。保险丝的作用是保护负载。因此,假设您关心负载中的电流,那么您只关心保险丝熔断的电流作为次要问题,因为负载和保险丝电流恰好相同
  4. 限制负载中的电压?可以说,是的,但是以这种方式对保险丝进行评级存在一些问题,我将在下面讨论。
  5. 限制负载中的功率?可以说,是的,但是以这种方式对保险丝进行评级存在一些问题,我将在下面讨论。
  6. 限制负载中的电流?是的!保险丝的最终目的是保护负载。我将在 #4 或 #5 中讨论为什么电流比电压或功率更有效

负载为王。保险丝的设计并不是为了它自己而熔断。保险丝用于保护负载。如果您只关注保险丝熔断的时间,那么您就只见树木不见森林。最后,我根本不在乎保险丝上的电压是多少,或者保险丝熔断时消耗了多少功率。我关心的是通过负载的电流是保险丝熔断时的电流(以及保险丝熔断时的电流)。

您可能会争辩说这是限制负载处的功率或负载处的电压,但您不能根据负载功率或电压对保险丝进行评级,因为这些数字取决于负载本身。换句话说,这意味着在不确切了解其所使用负载的特性的情况下,无法以这种方式对保险丝进行评级。

更严格地说,这是因为保险丝在电路中的位置不允许它观察负载上的功率或电压。它只能观察流向负载的电流。当然,保险丝可以从其在电路中的位置观察到其自身的电压降或耗散功率,但我们已经确定这与保护系统无关。

如果你给我一个使用电压或瓦特额定的保险丝,我必须进行一堆不必要的计算,考虑到我的负载特性,只是为了弄清楚保险丝熔断的电流是否会起到保护作用我的负载过流、过压或过载。