فیوز سیگاری
مقدمه: نقش حیاتی فیوز در حفاظت مدارها
در هر سیستم الکتریکی، چه کوچک‌ترین مدارهای روشنایی و چه پیچیده‌ترین تابلوهای برق صنعتی، حفاظت از مدارها در برابر اتصال کوتاه و اضافه‌بار یک اصل اساسی است. اگر این حفاظت به‌درستی انجام نشود، تجهیزات گران‌قیمت دچار آسیب جدی شده و حتی احتمال وقوع آتش‌سوزی نیز وجود دارد. یکی از مطمئن‌ترین و در عین حال ساده‌ترین وسایل حفاظتی که سال‌هاست در صنعت برق مورد استفاده قرار می‌گیرد، فیوز سیگاری است. فیوز سیگاری در بسیاری از تابلوهای برق صنعتی، ساختمانی و حتی سیستم‌های روشنایی به‌عنوان یک وسیله حفاظتی پرکاربرد جایگاه ویژه‌ای دارد.
فیوز سیگاری چیست؟
فیوز سیگاری (Cartridge Fuse) نوعی فیوز حفاظتی یکبار مصرف است که برای محافظت از مدارها در برابر جریان‌های بیش از حد مجاز طراحی شده است. ساختمان این فیوزها به‌گونه‌ای است که در صورت عبور جریان اضافی، المنت داخلی آن ذوب شده و مدار قطع می‌شود و پس از عمل کردن غیر قابل استفاده هستند و باید تعویض شوند. این عملکرد ساده اما بسیار مؤثر، باعث شده فیوز سیگاری همچنان یکی از رایج‌ترین تجهیزات حفاظتی در صنعت برق باشد.
دلیل نامگذاری آن به "سیگاری" به‌خاطر شکل استوانه‌ای و کشیده‌اش است. در استانداردهای بین‌المللی بیشتر با نام فیوز کارتریجی، فیوز استوانه‌ای و فیوز سیلندری شناخته می‌شود. این فیوزها برای ولتاژهای AC و DC مورد استفاده قرار می‌گیرند و بسته به ابعاد و جریان نامی، می‌توانند در پروژه‌های کوچک و بزرگ کاربرد داشته باشند.
ساختار و اجزای فیوز سیگاری
فیوز سیگاری از اجزای ساده اما مهندسی‌شده تشکیل شده است:
بدنه سرامیکی: مقاومت بالا در برابر حرارت و عدم اشتعال‌پذیری
المنت داخلی (فیلامان): سیم فلزی با آلیاژ خاص که در جریان اضافه ذوب می‌شود
کنتاکت‌های فلزی دو سر فیوز: برای برقراری اتصال مطمئن در سکسیونر یا پایه فیوز
پرکننده (معمولاً سیلیس): برای افزایش توان قطع و جلوگیری از جرقه داخلی در جریان‌های بالا
این ترکیب باعث می‌شود فیوز سیگاری علاوه بر ایمنی بالا، قابلیت استفاده در محدوده‌های وسیع جریان و ولتاژ را داشته باشد.
انواع فیوز سیگاری بر اساس کلاس کاری، جریان و ابعاد
برای انتخاب فیوز سیگاری مناسب باید سه معیار کلاس کاری، جریان نامی و ابعاد به‌طور هم‌زمان بررسی شود.
۱. کلاس کاری فیوز سیگاری
فیوزهای سیگاری بر اساس استاندارد IEC 60269 در کلاس‌های مختلفی تولید می‌شوند:
کلاس gG (یا gL):
حفاظت عمومی کابل‌ها و تجهیزات در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه. پرکاربردترین نوع.
کلاس aM:
مخصوص موتورهای الکتریکی. فقط در برابر اتصال کوتاه عمل می‌کند و برای اضافه بار نیاز به رله حرارتی دارد.
کلاس gR / aR:
برای حفاظت نیمه‌هادی‌ها و تجهیزات الکترونیک قدرت (اینورتر، UPS، درایو موتور). سرعت عملکرد فوق‌العاده بالا دارند.
۲. جریان نامی فیوز سیگاری
فیوزهای سیگاری در بازه ۲ تا ۱۲۵ آمپر عرضه می‌شوند:
جریان‌های پایین (۲ تا ۱۰ آمپر): برای روشنایی و بارهای سبک
جریان‌های متوسط (۱۶ تا ۶۳ آمپر): برای بارهای صنعتی نیمه‌سنگین
جریان‌های بالا (۸۰ تا ۱۲۵ آمپر): برای موتورهای بزرگ و تجهیزات قدرتی
۳. ابعاد فیوز سیگاری
ابعاد فیوز علاوه بر جریان، بر توان قطع و نوع کاربرد تأثیر دارد. سه سایز رایج عبارت‌اند از:
۱۰×۳۸ میلی‌متر: برای جریان‌های پایین (۲ تا ۳۲ آمپر). مناسب روشنایی و بارهای سبک.
۱۴×۵۱ میلی‌متر: برای جریان‌های متوسط (۱۰ تا ۶۳ آمپر). پرکاربرد در تابلوهای صنعتی کوچک.
۲۲×۵۸ میلی‌متر: برای جریان‌های بالا (۲۰ تا ۱۲۵ آمپر). مناسب بارهای سنگین و موتورهای صنعتی.
مثال‌های کاربردی فیوز کارتریج
مدار روشنایی یک ساختمان: فیوز سیگاری ۱۰×۳۸، کلاس gG، جریان ۱۰ آمپر
موتور سه‌فاز ۷.۵ کیلووات: فیوز سیگاری ۱۴×۵۱، کلاس aM، جریان ۳۲ آمپر به همراه رله حرارتی
اینورتر خورشیدی ۵۰ کیلووات: فیوز سیگاری ۲۲×۵۸، کلاس gR، جریان ۶۳ آمپر
سکسیونر فیوز سیگاری و انواع آن
فیوز سیگاری به‌تنهایی قابل نصب در مدار نیست و نیاز به وسیله‌ای به نام سکسیونر فیوز سیگاری دارد. سکسیونر، یک پایه مخصوص است که فیوز درون آن قرار گرفته و امکان تعویض آسان و ایمن فیوز را فراهم می‌کند. همچنین سکسیونرها امکان قطع و وصل دستی مدار را هم به کاربر می‌دهند.
انواع سکسیونر فیوز سیگاری:
تک‌پل: برای حفاظت یک مدار تک‌فاز یا یک خط جداگانه
دوپل: مناسب مدارهای دو فاز یا خطوط DC با قطب مثبت و منفی
سه‌پل: پرکاربردترین نوع در صنعت، برای حفاظت کامل مدارهای سه‌فاز
چهارپل: برای سیستم‌های سه‌فاز همراه با نول؛ بیشترین سطح حفاظت را فراهم می‌کند
انتخاب نوع سکسیونر بستگی به طراحی تابلو برق و نوع سیستم دارد. در پروژه‌های صنعتی معمولاً از سکسیونر سه‌پل و چهارپل استفاده می‌شود.
کاربرد فیوز سیگاری در صنعت و ساختمان
فیوز سیگاری به دلیل سادگی، قیمت مناسب و قابلیت اطمینان بالا، در حوزه‌های مختلف کاربرد دارد:
تابلوهای برق صنعتی: حفاظت از موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها و تجهیزات کنترلی
سیستم‌های روشنایی: جلوگیری از آسیب‌دیدن لامپ‌ها و تجهیزات در صورت اتصال کوتاه
سیستم‌های خانگی و اداری: حفاظت از وسایل پرمصرف مانند کولر گازی و تجهیزات آشپزخانه
سیستم‌های انرژی خورشیدی و UPS: به دلیل قابلیت استفاده در مدارهای DC
کاربردهای خاص : حفاظت نیمه هادی ها در درایوها و اینورترها (کلاس gR/aR)
مزایا و محدودیت‌های فیوز سیگاری
مزایا:
ساختار ساده و قابل اعتماد
قیمت پایین و اقتصادی
قابلیت تعویض سریع و آسان
گستره وسیع جریان و ابعاد
محدودیت‌ها:
یکبار مصرف بودن (پس از عمل کردن نیاز به تعویض دارد)
نیاز به سکسیونر برای نصب
سرعت عمل کمتر نسبت به برخی تجهیزات حفاظتی پیشرفته مثل کلید اتوماتیک
مقایسه فیوز سیگاری با سایر فیوزها
در صنعت برق، تجهیزات حفاظتی متنوعی وجود دارد؛ از کلیدهای اتوماتیک گرفته تا رله‌ها و سیستم‌های حفاظتی دیجیتال. اما وقتی صحبت از حفاظت اولیه و پایه‌ای مدار می‌شود، سه تجهیز فیوز سیگاری، فیوز مینیاتوری (MCB) و فیوز کاردی (NH)، بیش از همه در یک رده قرار می‌گیرند زیرا هر سه وسیله حفاظتی اولیه در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه هستند و محدوده جریان کاری آنها تا حدی هم‌پوشانی دارد و می توانند با توجه به شرایط مدار جایگزین یکدیگر شوند. بنابراین به مقایسه این سه محافظ می پردازیم تا انتخاب بین آنها را تسهیل کنیم:
فیوز سیگاری: وسیله‌ای یک‌بارمصرف با المنت ذوب‌شونده، دارای مشخصه زمانی–جریانی دقیق (I²t و منحنی ذوب)، توان قطع بالا به‌واسطهٔ بدنهٔ سرامیکی و پرکنندهٔ کوارتز، و مناسب برای حفاظت قابل‌اعتماد در طیف گسترده‌ای از جریان‌ها. این نوع فیوز معمولاً از نظر قیمت اولیه ارزان‌تر است، اما به دلیل نیاز به تعویض پس از هر بار عملکرد، هزینه‌های جانبی نگهداری باید در نظر گرفته شود.
فیوز مینیاتوری (MCB): یک کلید ترکیبی حرارتی–مغناطیسی است، قابل‌ریست و چندبارمصرف، با منحنی‌های استاندارد B/C/D برای سازگاری با انواع بارها. به‌راحتی روی ریل DIN نصب می‌شود و امکان ادغام با تجهیزات حفاظتی دیگر مانند RCD/RCBO را دارد. MCB معمولاً هزینه خرید اولیه بالاتری نسبت به فیوز سیگاری دارد، اما چون قابل‌استفادهٔ مجدد است، هزینهٔ نگهداری در طولانی‌مدت کمتر خواهد بود.