فیوز: محافظ کوچک، نجات بزرگ
فیوز چگونه کار میکند؟
برای درک کار فیوز، ابتدا باید مفهوم جریان الکتریکی2 و اضافهبار3 را بشناسیم. جریان الکتریکی مانند آبی است که در لوله جریان دارد. اگر فشار آب خیلی زیاد شود، لوله میترکد. در مدار الکتریکی هم اگر جریان، بیش از حد توان سیمها و قطعات شود، آنها داغ میکنند و ممکن است ذوب شده یا آتش بگیرند.
فیوز یک سیم نازک یا نوار فلزی داخل یک محفظه است که در مسیر جریان قرار میگیرد. این سیم طوری طراحی شده که در برابر عبور یک جریان مشخص (مثلاً 10 آمپر4) مقاومت کند. اما اگر جریان از این حد بیشتر شود، بر اساس قانون ژول5، گرمای تولید شده در آن افزایش یافته و سیم ذوب میشود (میسوزد). با سوختن این سیم، مسیر جریان کاملاً قطع شده و جریان قطع میشود. به این ترتیب، بقیهی مدار در امان میماند.
$Q = I^2 R t$
که در آن $Q$ گرمای تولید شده (بر حسب ژول)، $I$ جریان برحسب آمپر، $R$ مقاومت برحسب اهم و $t$ زمان برحسب ثانیه است. در فیوز، مقاومت $R$ و زمان واکنش $t$ طوری تنظیم میشود که در جریان نامی، گرمای کمی تولید کند، اما در جریان اضافی، گرمای کافی برای ذوب شدن سریع ایجاد نماید.
انواع اصلی فیوزها
فیوزها در شکلها، اندازهها و کاربردهای مختلفی ساخته میشوند. در جدول زیر، مهمترین انواع فیوزهایی که ممکن است در خانه یا مدرسه ببینید، معرفی شدهاند.
| نوع فیوز | شکل ظاهری و محل استفاده | مزایا | معایب |
|---|---|---|---|
| فیوز فشنگی یا کارتریجی (استوانهای شیشهای/سرامیکی) |
استوانهای کوچک با دو سر فلزی. در جعبه فیوز قدیمی خانهها، پنلهای صنعتی و برخی دستگاهها استفاده میشود. | قیمت کم، سادگی، اطمینان بالا. | پس از سوختن باید تعویض شود. تشخیص سوختگی در نوع سرامیکی سخت است. |
| فیوز مینیاتوری (MCB)6 (کلید اتوماتیک) |
یک کلید کوچک روی تابلو برق آپارتمانهای جدید. معمولاً یک اهرم کوچک دارد که در صورت اضافهبار میپرد. | قابل تنظیم مجدد (با زدن کلید به بالا). حفاظت دقیقتر در برابر اضافهبار و اتصال کوتاه7. | قیمت بالاتر از فیوز معمولی. ساختار پیچیدهتر. |
| فیوز خودرو (تیغهای یا پلاگینی) |
یک قطعه پلاستیکی کوچک رنگارنگ با دو پایه فلزی. داخل جعبه فیوز خودرو (معمولاً زیر فرمان یا در موتور) قرار دارد. | تعویض آسان، رنگبندی برای آمپرهای مختلف، فشرده. | محدود به سیستمهای با ولتاژ پایین (مانند خودرو). |
| فیوز قابل تعویض در وسایل (مثلاً در آداپتور یا چندراهی) |
یک استوانه فلزی کوچک که داخل یک هولدر مخصوص پیچ میشود. پشت بعضی پریزهای چندراهی یا منبع تغذیه دستگاهها دیده میشود. | تعمیرپذیری آسان وسیله. کاربر میتواند خودش فیوز سوخته را عوض کند. | نیاز به نگهداری فیوز یدکی. |
چگونه فیوز مناسب را انتخاب کنیم؟
انتخاب فیوز با آمپر نامی اشتباه، میتواند خطرناک باشد. اگر فیوز خیلی قوی (مثلاً 30 آمپر) برای وسیلهای ضعیف (مثلاً چراغ مطالعه با جریان 0.5 آمپر) بگذاریم، در صورت خطا نمیسوزد و وسیله آسیب میبیند. برعکس، اگر فیوز خیلی ضعیف بگذاریم، مدام میسوزد.
قانون طلایی: فیوز باید طوری انتخاب شود که جریان نامی آن کمی بیشتر از جریان عادی کار وسیله باشد، اما از حداکثر جریان مجاز سیمکشی مدار کمتر باشد. برای محاسبه جریان یک وسیله تکفاز میتوان از رابطه ساده زیر استفاده کرد:
$I = \frac{P}{V}$
که در آن $I$ جریان برحسب آمپر، $P$ توان وسیله برحسب وات (معمولاً روی پلاک نوشته شده) و $V$ ولتاژ کار وسیله برحسب ولت (در ایران معمولاً 220 ولت) است.
مثال: یک اتو با توان 1000 وات را در نظر بگیرید. جریان عادی آن میشود: $I = \frac{1000}{220} \approx 4.55 A$ . بنابراین یک فیوز 6 یا حداکثر 10 آمپر برای محافظت از مدار آن مناسب است.
فیوزها در زندگی روزمره ما کجا هستند؟
شاید بدون آنکه بدانید، دهها فیوز از شما و خانهتان محافظت میکنند. وقتی چند وسیله پر مصرف (مثل اتو، سماور و سشوار) را همزمان به یک پریز وصل میکنید، ممکن است فیوز مینیاتوری آن خط در تابلو برق خانه بپرد. این یک هشدار است که میگوید: «جریان خیلی زیاد شده، خطر آتشسوزی است!»
در خودروی خانواده، فیوزهای تیغهای از سیستمهای مهمی مانند چراغها، برفپاککن، رادیو و پمپ بنزین محافظت میکنند. اگر به اشتباه سیمی را اتصال کوتاه کنید، فقط فیوز مربوطه میسوزد و از آسیب به سیمکشی کلی خودرو جلوگیری میکند. حتی در شارژر موبایل یا لپتاپ شما هم یک فیوز کوچک داخلی وجود دارد که در صورت نوسان برق، از مدارهای حساس دستگاه محافظت مینماید.
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
پاورقی
1 فیوز (Fuse): قطعهای که با ذوب شدن یک عنصر از پیش طراحی شده، مدار الکتریکی را در برابر جریان بیش از حد قطع میکند.
2 جریان الکتریکی (Electric Current): میزان بار الکتریکی که در واحد زمان از مقطع یک رسانا عبور میکند. واحد آن آمپر است.
3 اضافهبار (Overload): حالتی که جریان کشیده شده توسط مدار، از مقدار نامی طراحی شده برای آن بیشتر شود.
4 آمپر (Ampere): واحد سنجش جریان الکتریکی.
5 قانون ژول (Joule's Law): قانونی که رابطه بین گرمای تولید شده در یک مقاومت با جریان عبوری از آن را بیان میکند.
6 MCB: مخفف Miniature Circuit Breaker (کلید مینیاتوری). نوعی فیوز قابل تنظیم مجدد.
7 اتصال کوتاه (Short Circuit): اتصال مستقیم و ناخواسته بین دو نقطه با پتانسیل الکتریکی مختلف، که باعث افزایش ناگهانی و بسیار زیاد جریان میشود.
8 RCD/ELCB: مخفف Residual Current Device / Earth Leakage Circuit Breaker (کلید محافظ جان). وسیلهای که در صورت تشخیص نشتی جریان به زمین، مدار را قطع میکند.
