Como saber se um fusível funcionará corretamente?

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Quero saber que tipo de teste periódico usamos para testar se um fusível limitador de corrente normalmente abre e protege um circuito eletrônico (um carregador de bateria) se ocorrer uma falha (curto-circuito ou sobrecorrente). Suponha que eu tenha um fusível que suporte 5A de corrente e que, se a corrente estiver acima desse valor, danificará as células da bateria (ventilação). Se o fusível, que é o último recurso no meu esquema de proteção, não abrir (preso), meu circuito será danificado.

Qual é o teste periódico que podemos usar para garantir que o fusível possa abrir com segurança em caso de curto-circuito ou se a corrente está acima do valor máximo (5A neste exemplo)?

safety power-electronics fuses

— R Djorane
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É muito difícil testar adequadamente os fusíveis, porque não apenas a corrente de fusão é importante, mas a taxa de variação da corrente através do fusível e a temperatura ambiente desempenham um papel muito importante no tempo que leva para que o fusível seja queimado. Isso, é claro, determinará por quanto tempo seu widget ficará exposto à sobrecorrente e, de fato, se estará protegendo o fusível. O que, especificamente, você deseja testar? Só para você saber o que está enfrentando, aqui está uma boa leitura:

— EM Fields

Você não está nos dizendo várias coisas que acabam importando na seleção de fusíveis ... (se você ler um texto profi sobre fusíveis, como Wright e Newbery Electric Fuses , 3ª ed.) Qual é o material valioso / caro de seu circuito que você deseja proteger? Semicondutores? Capacitores? Transformadores? Motores? Acontece que todos eles têm critérios de seleção ligeiramente diferentes para seus fusíveis de proteção. Além disso, de que voltagem estamos falando? CA ou CC? Até isso importa!

— Fizz

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"coitado do fusível ... quando ele faz o seu trabalho, dizemos que ela falhou" (Anon engenheiro BBC)

— Brian Drummond

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Em aplicações industriais, o fusível é selecionado inicialmente (tamanho máximo permitido) com base no tamanho da fiação do dispositivo (códigos de fiação) e em quaisquer requisitos do dispositivo (que podem ser o resultado de testes em condições de falha). De fato, alguns testes que fiz exigiram "um fusível não renovável que conduz duas vezes a sua corrente nominal por pelo menos 12 segundos". A partir desta e de outras conversas, fui educado a tratar os fusíveis como proteção para a fiação e os conectores, a menos que você escolha algo como um fusível semicondutor.

— Colher

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Para proteção de semicondutores contra falhas, a classificação

do fusível é muito importante. Veja, por exemplo, este guia da Schurter .

I^{2} t

$I^2t$

— Spehro Pefhany

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Acho que talvez você não entenda como um fusível se comporta.

Um fusível não abre instantaneamente quando a corrente encontra o Ampere Rating. Existe um mínimo de Opening Time100% da Classificação Ampere e também haverá um Tempo de Abertura máximo em correntes mais altas, como 200% ou 1000% da Classificação Ampere.

Por exemplo, um Littelfuse 0251005.NRT1L (folha de dados http://www.littelfuse.com/~/media/electronics/datasheets/fuses/littelfuse_fuse_251_253_datasheet.pdf.pdf ) lista o seguinte:

100% of Ampere Rating: Horário de abertura 4 horas min
275% of Ampere Rating: Tempo de abertura 300 ms Max
400% of Ampere Rating: Tempo de abertura 30 ms Max
1000% of Ampere Rating: Tempo de abertura 4 ms Max

Portanto, este fusível 5A com 5A de corrente fluindo através dele é garantido para NÃO abrir por pelo menos 4 horas. Mas quando a corrente exceder 13.75A, é garantido que este fusível seja aberto dentro de 300 ms. Se a corrente atingir 50A, o fusível se abre muito rapidamente. Mas se a corrente for de apenas 10A, o fusível não abrirá instantaneamente.

Se você usar um fusível 2A Ampere Rating, os 275% da classificação Ampere serão 5,5A, o que é mais próximo do que você deseja no seu exemplo. Mas se o seu aplicativo normalmente usa mais de 2 amperes, o fusível com classificação 2A queima algumas vezes. Especialmente se o equipamento for deixado por um longo período de tempo.

Os fusíveis simplesmente não possuem uma corrente de "falha aberta" muito controlada. Eles são dispositivos de uso único; Uma vez que um fusível é testado até o ponto de abertura, ele é destruído permanentemente - portanto, o controle estatístico do processo é a única maneira prática de garantir que os fusíveis funcionem.

Você pode executar o mesmo tipo de teste. Se você estiver construindo um lote de 500 dispositivos, compre um carretel de 5000 fusíveis. (Mais uma vez, estou assumindo o picofuse, que se parece com resistores axiais de 1/4 watt com chumbo. Os fusíveis de tubo de vidro não entram em fita e enrolam.) Quando você obtém esse grande lote de fusíveis, retira algumas amostras aleatoriamente, talvez 100 fusíveis. Teste em duas condições diferentes: - deve manter corrente abaixo de 100% da taxa de ampere por xx tempo - deve sempre abrir dentro de xx tempo na corrente de teste 275% de ampere (essa é a parte destrutiva do teste)

Quanto mais fusíveis você testar, mais próxima será a amostra testada dos fusíveis não testados e mais confiante você estará de que os fusíveis funcionam conforme anunciado. Mas quanto mais tempo e dinheiro você gastar, encher a lata de lixo com fusíveis usados.

Outra desvantagem é que, se você concluir, a partir de seus testes, que esse carretel de fusíveis específico não está de acordo com seus padrões, o distribuidor pode não aceitar devoluções de um carretel parcial. Então você estaria fora de US $ 1400.

— MarkU
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Não é possível confiar em um fusível para proteger qualquer circuito contra sobrecarga de corrente. Se o seu circuito consome uma corrente excessiva (de uma fonte de tensão que se espera que ele manipule), já está com defeito.

Um fusível evita incêndio (normalmente), protegendo os cabos de alimentação de levar muita corrente por um período muito longo e derreter. O impacto do derretimento dos cabos é muito mais sério, é claro, e pode levar à eletrocussão e a incêndios ainda maiores. Os fusíveis não protegem um componente eletrônico de falhas.

Se você deseja proteção contra sobretensão, essa é uma história diferente e um fusível em conjunto com um diodo zener (ou circuito de alavanca) pode fazer isso.

Você deve se lembrar que um fusível classificado em 5 amperes carregará essa corrente indefinidamente.

insira a descrição da imagem aqui

Se você observar as curvas acima do fusível 6A, poderá "quebrar" a 36 amperes em 0,1 segundos ou levar 5 segundos para "quebrar" a 17 amperes. Isso significa que um fusível não tem limite de corrente - ele protege termicamente.

— Andy aka
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"Os fusíveis não protegem um componente eletrônico da falha." não é necessariamente verdade, considerando que um fusível entre a saída de um amplificador de áudio e um alto-falante poderia impedir sua fumaça mágica de escapar enquanto sacrificava a sua.

— EM Fields

@EMFields - o fusível não protegeria contra falhas instantâneas de sobrecarga de corrente dos transistores, mas provavelmente protegeria contra a sobrecarga média de energia. No seu exemplo, o fusível está "protegendo" os componentes upstream (em vez de downstream) - o op está falando sobre o fusível ser o "último recurso", e entendo que isso significa que ele está na alimentação de energia para o circuito que ele deseja proteger. Eu acho que o fusível, no seu exemplo, protegeria o alto-falante se um transistor curto-circuito. Talvez a operação possa esclarecer?

— Andy aka

"Um fusível não pode ser invocado para proteger qualquer circuito contra sobrecarga de corrente." Isso é claramente falso se você ler um texto profissional como Wright e Newbery, Electric Fuses , 3ª ed. Os fusíveis fornecem muita proteção contra sobrecorrente quando selecionados adequadamente ... o que, no entanto, é como (você diz corretamente) não feito usando um fusível X amp. É principalmente uma questão de a integral de Joule (I ^ 2t) do fusível estar abaixo da capacidade do dispositivo. A partir daí, fica complicado, dependendo do dispositivo.

— Fizz

@RespawnedFluff Estou falando de sobrecorrente instantânea. De que maneira (especificamente) é o que eu disse descaradamente falso? Você parece estar concordando comigo que são segundos de joule contra os quais um fusível protege. O que exatamente você está dizendo? Talvez haja um link para o documento que você mencionou?

— Andy aka

Sobrecorrente instantânea (por um período absurdamente pequeno) não destrói um dispositivo, apenas a integral Joule. Precisamente a mesma coisa que destrói o fusível. Como você propõe que um fusível evite incêndios se não limita a corrente de maneira significativa através de alguma coisa? Além disso, um circuito pode não estar 100% com defeito. Alguns componentes podem ter falhado ou até mesmo um erro do usuário. Limitar a energia que é despejada no circuito nesse caso pode economizar alguns de seus outros componentes. Ou pelo menos é o que o livro de fusíveis me diz.

— Fizz

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Esta não é uma resposta direta à pergunta, mas, novamente, a maioria das outras respostas aqui também não são, elas apenas afirmam alguns fatos mais ou menos corretos sobre fusíveis em geral, e a proteção que eles podem ou não fornecer para equipamento. Eis o conselho geral dos fusíveis elétricos de Wright e Newbery , 3ª ed., P. 139, antes de chegar a detalhes específicos, que dependem do dispositivo protegido.

Primeiro, a corrente mínima de fusível do fusível deve estar ligeiramente abaixo da corrente que os cabos e o item do equipamento são capazes de transportar continuamente.

O item de equipamento normalmente poderá transportar correntes de sobrecarga por períodos limitados, e o fusível deve operar nesses níveis de corrente em tempos ligeiramente mais curtos do que as classificações de tempo do equipamento correspondentes. [Isso se refere à integral de Joule, como se vê mais tarde.]

Correntes mais altas podem fluir como resultado de falhas dentro do item de equipamento e, nessas circunstâncias, o principal requisito é que danos conseqüentes ao restante do circuito sejam evitados.

Depois de aprendermos mais detalhes do OP além do requisito 5A, que basicamente está apenas atendendo ao requisito do primeiro parágrafo da cotação, poderíamos dizer mais.

Se você precisar de mais do livro:

A IEC TR 61818, um guia de aplicação para fusíveis de baixa tensão, fornece um resumo das vantagens dos fusíveis limitadores de corrente e é adequado chamar a atenção dos leitores para esses benefícios. Muitos desses benefícios também se aplicam a fusíveis miniatura e de alta tensão [...] • Proteção econômica: o tamanho compacto oferece proteção contra sobrecorrente de baixo custo em altos níveis de curto-circuito. • Nenhum dano para a proteção do tipo 2 de acordo com IEC 60947-4-1 e IEC 60947-4-2. Ao limitar a energia de curto-circuito e as correntes de pico a níveis extremamente baixos, os fusíveis são particularmente adequados para a proteção do tipo 2 sem danificar os componentes nos circuitos do motor.

Parece que os fusíveis oferecem proteção contra sobrecorrente, pelo menos no sentido em que os especialistas em fusíveis usam esse termo ...

— Efervescer
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Ok, quem recusou, certamente ajudaria a explicar o que você não concorda.

— Fizz

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Eu vou assumir que você quer dizer um fusível e não um disjuntor. Isso significa que quando o fusível queimar, você precisará substituí-lo.

Um fusível consiste em um condutor feito de um material especial que derrete quando uma certa quantidade de corrente passa por ele. Dito isto, os fusíveis são extremamente confiáveis. Eles são fechados para evitar reações indesejadas ao meio ambiente.

A única coisa que pode dar errado com um fusível é um arco de tensão. Os fusíveis têm uma classificação máxima de tensão e, se excedidos, podem causar um arco no fusível, o que provavelmente causará danos aos componentes eletrônicos.

Se você verificar a voltagem e souber que possui o fusível de corrente máxima correto, não recomendo que você o teste.

Mas, se você quiser testá-lo, poderá remover o fusível e conectar uma fonte de alimentação a ele. Isso criará um curto-circuito e deverá queimar o fusível.

— Addison
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O OP não solicitou um teste de destruição sem dados. -1

— EM Fields

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Na verdade, estou curioso para saber como você testaria um fusível fusível normal sem destruí-lo. Deve-se, é claro, além disso medir (ou melhor registrar em um osciloscópio com memória etc.) o transiente atual enquanto sopra. A resposta certamente poderia ser melhorada, mas, a menos que exista um método dramaticamente diferente ... como garantir que o fusível testado possa ser reutilizado ... Não estou convencido de que Addison mereça o voto negativo.

— Fizz

@RespawnedFluff: depois vote em Addison, marque meu comentário e melhore a resposta.

— EM Fields

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O teste que você pode executar periodicamente para provar que seu circuito sobrevive até 5A pode ser realizado da seguinte maneira.

Remova o fusível real do suporte do produto a ser testado.
Substitua o fusível por duas conexões de fio que vão para um dispositivo de teste especial. Esse poderia ser um dispositivo de conexão com a forma de um fusível que tem os dois fios soldados nas extremidades e depois se conecta ao porta-fusíveis.
O acessório de teste especial é algo que você construiria que pode detectar a corrente através dos dois fios. Os dois fios passam por um pequeno resistor sensor de corrente avaliado e por um par de contatos de relé que normalmente são fechados. Quando o equipamento de teste detecta corrente em 5A, ele abre o relé e trava nesse estado até que algum botão seja pressionado para preparar o equipamento de teste para o próximo teste.
Outra parte do equipamento de teste é projetada da maneira adequada (específica para o seu produto) que injeta corrente ou carrega parte de seu circuito de maneira linear, de 0A até o máximo de, por exemplo, MAX-A. Por exemplo, se o circuito do seu produto for projetado como um conversor de tensão para fornecer uma carga de até 5A na tensão de saída de 12V, o equipamento de teste pode ser projetado como uma carga de dissipador de corrente ativa que é controlada para diminuir de 0 a MAX-A em de uma maneira aumentada.
Ligue o produto em teste.
Ative o equipamento de teste para iniciar o aumento da corrente de 0 a MAX-A.
Verifique se o equipamento de teste detectou a corrente em 5A e travou o relé aberto.
Desligue a energia do produto em teste e remova as conexões do equipamento de teste e substitua o fusível.
Verifique se não há componentes queimados no produto em teste.
Execute o teste funcional normal no produto para garantir que ele ainda funcione corretamente.

Isso deve lhe dar a idéia do fluxo de teste e do equipamento de teste que você precisa construir. É claramente específico do produto descobrir como o dispositivo de corrente de 0 a MAX-A é projetado e conectado ao circuito.

Você pode decidir alterar o nível de corrente do teste 5A para um valor 20% ou 40% maior, para fornecer uma margem de teste para garantir que o circuito do seu produto seja totalmente robusto até o limite das especificações 5A .

— Michael Karas
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Os fusíveis não são uma boa medida para proteger circuitos com limites de corrente rígida; eles estão lá para proteger o usuário contra riscos de incêndio e eletrocussão.

Um fusível IEC de 5A será conduzido continuamente em 5A. E por um longo tempo em 5.1A. E por algum tempo (milissegundos a segundos) em 10A. As características exatas estão na folha de dados; presumivelmente, eles são determinados pela modelagem do fio do fusível e verificados por amostras destrutivas de teste da produção.

http://www.schurter.co.uk/content/download/194051/5552460/file/Guide_to_Fuse_Selection.pdf

— pjc50
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