Mengapa sekering terbakar pada arus tertentu?

Kami biasanya menentukan arus maksimum yang dapat ditangani oleh konduktor (seperti sekring) tanpa terbakar. Tetapi bukankah konduktor benar-benar gagal ketika sejumlah energi / panas telah hilang di dalam konduktor? Kemudian konduktor berada pada suhu yang terlalu tinggi dan terbakar / meleleh.

Katakanlah saya memiliki sekering yang diberi nilai 10A. Mengapa kemudian saya bisa mengoperasikan sekering terus menerus pada arus yang lebih rendah seperti 9A tanpa sekering terbakar juga, tetapi hanya sedikit kemudian?

Kita juga tahu bahwa daya, tegangan, dan arus berhubungan dengan hukum Ohm. Jadi jika kita memiliki sekering 10A, dan memiliki beberapa resistensi sewenang-wenang seperti 100 ohm, mengapa kita tidak menyebutnya sekering 1kV (10A * 100 ohm), atau sekering 10kW (10A * 10A * 100 ohm)? Angka-angka ini benar-benar arbitrer jadi saya tahu mereka tidak mencerminkan kenyataan tetapi mereka membuat poin saya jelas.

Jadi jika kita memiliki sekring 10A, dan memiliki beberapa resistensi sewenang-wenang seperti 100 ohm, ...

Sekring 10 A yang khas ini memiliki ketahanan 5 mΩ. Jadi tebakan Anda keluar dengan faktor sekitar 20.000. Pada 10 A, daya yang dihabiskan diberikan oleh $P = I^2R = 10^2 \times 5m = 500 \ \text {mW}$ .

RESISTENSI: Tahanan sekring biasanya merupakan bagian yang tidak signifikan dari resistansi total rangkaian. Karena resistensi sekering ampere fraksional dapat beberapa ohm, fakta ini harus dipertimbangkan ketika menggunakannya dalam sirkuit tegangan rendah. Nilai aktual dapat diperoleh dengan menghubungi Littelfuse. Sumber: Panduan Aplikasi Littlefuse Fuseology (yang layak dibaca).

Alasan untuk resistensi yang lebih tinggi dalam sekering ampere fraksional adalah bahwa kabel sekering kira-kira sama panjang dengan versi 10 A tetapi harus jauh lebih baik untuk ditembus, misalnya, 100 mA. Sekering 100 mA mungkin melindungi sirkuit yang biasanya menggambar, katakanlah, 50 mA. Jika resistensi sekering adalah 1 Ω maka akan ada penurunan 50 mV di atasnya dalam pelayanan.

Diameter yang dibutuhkan dari kawat sekering dapat dihitung dari

... mengapa kita tidak menyebutnya sekering 1kV (10 A * 100 ohm), atau sekering 10 kW (10 A * 10 A * 100 ohm)?

Karena itu adalah perangkat perlindungan over-saat ini . Sekering sudah memiliki peringkat tegangan yang berarti sesuatu yang sangat berbeda. Lihat di bawah.

Sekering membutuhkan beberapa peringkat:

• Arus (yang menurut saya cukup jelas).
• Nilai tegangan sekering. Ini menentukan tegangan maksimum yang dapat dipecahkan dengan andal tanpa membentuk dan mempertahankan busur internal.
• Peringkat waktu - seberapa cepat akan meledak.

Artikel Littlefuse membahas semua ini dengan sangat rinci sehingga tidak perlu mereproduksi di sini.

1. Konduktor gagal ketika mencapai suhu tertentu. Karena sekering berada dalam kontak termal dengan ambient, ia dapat membuang sejumlah daya tertentu sebelum meledak.
2. Sekring 10A Anda dirancang untuk meledak pada 10A (plus atau minus toleransi). Jadi itu harus dijalankan pada 9A sepanjang hari.
   • Tetapi sekering 10A itu akan membutuhkan waktu yang lama untuk meledak pada 10A, dan akan meledak jauh lebih cepat pada 20A, dan mungkin berperilaku salah jika Anda mendorong 100A melewatinya. Ada sekering, sebagian besar ilmu pengetahuan diabaikan untuk sekering.
   • Dan jika Anda menjalankan sekering 10A pada 9A atau 9,8A sepanjang hari, itu akan menjadi panas dan perlahan-lahan menurun.
   • Yang semuanya berarti bahwa jika benar-benar penting seberapa cepat itu meledak, atau berapa lama berlangsung, Anda perlu berbicara dengan produsen sekering.
3. Sekering dinilai dalam amp karena itulah yang kebanyakan orang memasang sekering peduli. Sekering 10A yang ideal tidak menjatuhkan tegangan, dan tidak ada pukulan atau degradasi bahkan pada nanoamp di bawah 10A, tetapi langsung meledak (atau setelah waktu yang ditentukan) di atas itu. Tidak ada sekering yang ideal.
4. Saat Anda merenungkan semua ini, Anda mungkin ingin menggali beberapa lembar data sekering dan melihatnya . Perusahaan yang baik (Bussman, Littlefuse, dll.) Menetapkan ini - dan ada hal-hal seperti sekering lambat yang dirancang untuk kelebihan beban sementara, dan sekering cepat yang dirancang untuk bereaksi lebih cepat daripada sekering "biasa". Jika cara sekering perlu merespons adalah non-standar dan kritis, itu bisa menjadi latihan rekayasa untuk mendesainnya.

Biasanya, sekring tidak tahu sirkuit tegangan apa yang digunakannya - ia hanya tahu arus yang mengalir melaluinya, jadi itu satu-satunya hal yang dapat menyebabkannya meledak.

Sekering juga memiliki peringkat tegangan karena, setelah sekering berhembus, ia akan memiliki tegangan rangkaian penuh di atasnya, sehingga harus dirancang untuk menangani tegangan itu dengan aman tanpa melengkung.

Tanyakan pada diri sendiri: Apa tujuan sumbu?

1. Batasi tegangan pada sekring? Tidak, ini tidak ada gunanya.
2. Batasi kekuatan sekering menghilang secara internal? Tidak. Ini juga tidak ada gunanya.
3. Batasi arus yang melalui sekring? Anehnya, tidak! Pekerjaan sekering bukanlah untuk melindungi diri dari apa pun. Tugas sekering adalah melindungi beban. Jadi anggaplah Anda peduli dengan arus dalam beban, maka Anda hanya akan peduli pada arus yang meletus sekering sebagai masalah sekunder karena beban dan arus sekering kebetulan sama.
4. Batasi tegangan pada beban? Bisa dibilang, ya tapi ada masalah peringkat sekering dengan cara ini yang akan saya bahas di bawah ini.
5. Batasi daya dalam beban? Bisa dibilang, ya tapi ada masalah peringkat sekering dengan cara ini yang akan saya bahas di bawah ini.
6. Batasi arus dalam beban? Iya! Tujuan utama sekering adalah untuk melindungi beban. Saya akan membahas mengapa arus lebih valid daripada tegangan atau daya di # 4 atau # 5

Muatannya adalah raja. Sekring tidak dirancang untuk meledak hanya untuk dirinya sendiri. Sekring dirancang untuk melindungi beban. Anda kehilangan hutan untuk pepohonan jika semua yang Anda fokuskan adalah ketika sekring berhembus. Pada akhirnya, saya tidak peduli sama sekali tegangan apa yang ada di sekering atau berapa banyak daya sekering menghilang ketika berhembus. Apa yang saya pedulikan adalah arus melalui beban adalah ketika sekering berhembus (dan dengan ekstensi arus dalam sekering saat berhembus).

Anda bisa berargumen untuk membatasi daya pada beban atau tegangan pada beban, tetapi Anda tidak dapat menilai sekering berdasarkan pada daya beban atau tegangan karena angka-angka itu tergantung pada beban itu sendiri. Dengan kata lain, itu berarti sekering tidak dapat dinilai sedemikian rupa tanpa mengetahui dengan pasti karakteristik beban yang digunakan.

Dalam istilah yang lebih ketat, ini karena posisi sekring di sirkuit tidak memungkinkannya untuk mengamati daya atau tegangan melintasi beban. Itu hanya bisa mengamati arus yang mengalir ke beban. Tentu, sekering dapat mengamati penurunan tegangan sendiri atau daya yang hilang dari posisinya di sirkuit, tetapi kami telah menetapkan bahwa tidak relevan untuk melindungi sistem.

Jika Anda memberi saya sekering yang diberi nilai menggunakan voltase atau watt, saya harus melewati banyak perhitungan yang tidak perlu yang memperhitungkan karakteristik beban saya hanya untuk mengetahui apakah arus sekering meledak akan melindungi beban saya dari arus lebih, tegangan lebih, atau kelebihan beban.

Poin penting untuk dipahami adalah bahan yang terbuat dari kabel sekering. Ini logam biasa, sederhana. Namun, logam memiliki sifat menjadi konduktor dingin : Jika Anda memanaskan kawat, konduktor menjadi semakin sedikit dan semakin sedikit resistor.

Sekarang, jika Anda memiliki sekring yang beroperasi di bawah batas saat ini, itu mengubah sedikit energi listrik menjadi panas, yang dengan cepat hilang, dan kawat tetap dingin. Oleh karena itu, ia memiliki resistansi yang sangat rendah, sehingga hanya sejumlah kecil tegangan turun pada sekering.

Ketika arus melalui sekering naik di atas ambang batas, kabel sekering menjadi lebih hangat. Ini berarti bahwa ketahanannya naik, bahwa sebagian besar tegangan jatuh ke sekering, dan dengan demikian, itu mengubah lebih banyak listrik menjadi panas. Panas pada kawat sekering menyebabkan lebih banyak panas dihasilkan . Ini adalah proses penguatan diri, dan karena ada begitu banyak energi listrik yang tersedia yang mengalir melalui sekering ketika dingin, sekering panas dapat menarik banyak daya dari arus bahkan sebelum berdampak pada tegangan pada alat secara signifikan. .

Karena proses pemanasan yang memperkuat sendiri ini, sekering cepat kepanasan, mengerem sirkuit.

Memang benar bahwa konduktor sekering memanas sebagai tanggapan terhadap arus yang mengalir melaluinya. Kawat itu sendiri dirancang untuk menghilangkan panas itu dengan konduksi ke lingkungannya sehingga sekering tidak meleleh- sampai daya yang dihabiskan di dalamnya melebihi kapasitas kawat untuk menghindarkan panas itu. Kemudian panas terbentuk ke titik di mana kawat sekering meleleh. Dengan menambahkan massa ke kawat, konstanta waktu termalnya meningkat yang melengkapi kemampuannya untuk menangani lonjakan arus berlebih yang singkat - menghasilkan sekering slo-blo .

Tetapi bukankah konduktor benar-benar gagal ketika sejumlah energi / panas telah hilang di dalam konduktor? Kemudian konduktor berada pada suhu yang terlalu tinggi dan terbakar / meleleh. [...] Mengapa kemudian saya bisa mengoperasikan sekering terus menerus pada arus yang lebih rendah seperti 9A tanpa sekering terbakar juga, tetapi hanya sedikit kemudian?

Tidak masalah berapa banyak energi yang dihabiskan dalam sekring. Yang penting adalah laju di mana energi dibuang ke sekering (itulah kekuatan - I ² R) dibandingkan dengan laju di mana energi dihamburkan keluar dari sekering melalui panas yang terpancar dan konduksi panas.

Ketika energi masuk ke sekering lebih cepat daripada yang keluar, maka sekering memanas. Namun, ketika sekering memanas, laju di mana energi dikeluarkan dari sekering meningkat. Suhu akan meningkat sampai kekuatan panas yang mengalir keluar dari sekering cocok dengan daya panas yang masuk (I ² R).

Jadi sekering akan dengan cepat mencapai suhu kesetimbangan yang ditentukan oleh arus. Saat suhu ini terlalu tinggi, sekring akan meledak.

Tergantung pada bahan sekering, itu bisa meledak ketika suhu kesetimbangan mencapai titik leleh bahan, atau bisa meledak oleh pelarian termal yang @cmaster sebutkan dalam jawabannya. Pada saat itu, meningkatnya suhu di sekering meningkatkan daya di lebih cepat daripada meningkatkan daya keluar , dan keseimbangan hilang.

Sekering dinilai untuk arus operasi . Sekring 10A tidak akan meledak (atau "perlahan-lahan menurun") pada 9A, atau bahkan 10A. Bahwa itu berlabel 10A hanya berarti pabrikan menjamin itu akan berfungsi seperti yang diharapkan selama Anda tidak melebihi peringkat.

Jelas, itu berarti sekering 10A tidak akan meledak saat Anda melebihi 10A. Bahkan, jika Anda melihat dalam lembar data , Anda akan melihat bahwa Anda membutuhkan sesuatu seperti 20A untuk meledakkan sekering 10A, dan mungkin 30 + A jika Anda ingin itu terjadi dengan cukup cepat.

Sekering juga memiliki peringkat jatuh tegangan, memang, Anda membutuhkan arus dan tegangan untuk meledakkan sepotong kawat. Tetapi karena pengguna akhir biasanya menginginkan peringkat arus yang akurat, pabrikan tidak mengukur penurunan voltase dengan tepat dan hanya menyediakan nilai tipikal / maks. Bayangkan saya memberi tahu Anda bahwa saya memiliki sekring 150 mV / 5 mOhm: apakah Anda pikir itu cukup untuk melindungi misalnya beban listrik 1kW? Anda harus mengetahui peringkat saat ini untuk memberi tahu.