퓨즈란 무엇인가?
퓨즈 는 과도한 전류가 흐를 경우 녹아서 분리되도록 설계된 전도성 스트립을 중심으로 제작된 전기 안전 장치입니다. 퓨즈는 항상 과전류로부터 보호할 부품과 직렬로 연결되어 퓨즈가 끊어 지면 (열리면) 전체 회로가 열리고 부품을 통과하는 전류가 차단됩니다. 물론 병렬 회로 의 한 분기에 연결된 퓨즈는 다른 분기를 통과하는 전류에 영향을 미치지 않습니다.
일반적으로 퓨즈 와이어의 얇은 조각은 안전 덮개 안에 들어 있어 와이어가 격렬한 힘으로 타서 끊어질 경우 아크 폭발의 위험을 최소화합니다. 심각한 과전류의 경우 발생할 수 있습니다. 소형 자동차 퓨즈의 경우 덮개가 투명하여 퓨즈블 요소를 시각적으로 검사할 수 있습니다. 주거용 배선은 일반적으로 유리 본체와 중앙에 얇고 좁은 금속 호일 스트립이 있는 나사형 퓨즈를 사용합니다. 두 가지 유형의 퓨즈를 보여주는 사진이 여기에 나와 있습니다.
카트리지 유형 퓨즈는 자동차 애플리케이션에서 인기가 있으며, 유리가 아닌 다른 덮개 재료로 제작된 산업용 애플리케이션에서도 인기가 있습니다. 퓨즈는 정격 전류를 초과하면 "실패"하도록 설계되어 있기 때문에 일반적으로 회로에서 쉽게 교체할 수 있도록 설계되었습니다. 즉, 회로 도체 에 직접 납땜하거나 볼트로 고정하는 대신 어떤 유형의 홀더에 삽입됩니다 . 다음은 다중 퓨즈 홀더에 있는 두 개의 유리 카트리지 퓨즈를 보여주는 사진입니다.
퓨즈는 스프링 금속 클립으로 고정되고, 클립 자체는 회로 도체에 영구적으로 연결됩니다. 퓨즈 홀더(또는 때때로 퓨즈 블록 이라고도 함)의 기본 소재는 우수한 절연체로 선택됩니다.
카트리지형 퓨즈용 다른 유형의 퓨즈 홀더는 일반적으로 장비 제어판에 설치하는 데 사용되며, 여기서는 모든 전기 접점을 사람의 접촉으로부터 숨기는 것이 바람직합니다. 방금 보여준 퓨즈 블록과 달리 모든 금속 클립이 노출되어 있는 경우, 이 유형의 퓨즈 홀더는 퓨즈를 절연 하우징에 완전히 둘러싸고 있습니다.
오늘날 고전류 회로의 과전류 보호에 가장 일반적으로 사용되는 장치는 회로 차단기 입니다 .
서킷 브레이커란?
회로 차단기는 과전류 조건에서 전류를 자동으로 차단하기 위해 열리도록 특별히 설계된 스위치입니다. 주거, 상업 및 경공업 서비스에 사용되는 것과 같은 소형 회로 차단기는 열적으로 작동합니다. 여기에는 회로 전류를 전달하는 바이메탈 스트립 (뒤집힌 두 금속의 얇은 스트립)이 포함되어 있으며 가열되면 구부러집니다. 바이메탈 스트립에 의해 충분한 힘이 생성되면(스트립의 과전류 가열로 인해) 트립 메커니즘이 작동하고 차단기가 열립니다. 더 큰 회로 차단기는 차단기 내부의 전류를 전달하는 도체에서 생성된 자기장 의 강도에 의해 자동으로 작동되거나 회로 전류를 모니터링하는 외부 장치(이러한 장치를 보호 릴레이 라고 함)에 의해 트립되도록 트리거될 수 있습니다.
회로 차단기는 과전류 조건에 노출되어도 고장나지 않기 때문에(대신 레버를 움직여서 열리고 다시 닫힐 수 있기 때문에) 퓨즈보다 더 영구적인 방식으로 회로에 연결되어 있을 가능성이 더 높습니다. 작은 회로 차단기의 사진은 여기에 나와 있습니다.
겉보기에 스위치에 불과해 보입니다. 사실, 스위치로 사용할 수도 있습니다. 하지만 진짜 기능은 과전류 보호 장치로 작동하는 것입니다.
일부 자동차는 적절한 정격 퓨즈와 홀더의 비용 때문에 배터리 충전 회로의 과전류 보호를 위해 퓨즈블 링크 라고 하는 저렴한 장치를 사용한다는 점에 유의해야 합니다 . 퓨즈블 링크는 원시적인 퓨즈로, 과전류가 발생할 경우 녹아내리도록 설계된 짧은 고무 절연 와이어에 불과하며, 어떤 종류의 단단한 덮개도 없습니다. 이러한 조잡하고 잠재적으로 위험한 장치는 주로 더 높은 전압과 전류 레벨 때문에 산업 또는 주거용 전력 사용에 사용되지 않습니다. 이 저자에 관한 한, 자동차 회로에서도 이러한 장치를 적용하는 것은 의심스럽습니다.
퓨즈의 전기 회로도 기호는 S자 모양의 곡선입니다.
퓨즈 정격
퓨즈는 예상할 수 있듯이 주로 전류 단위로 정격이 매겨집니다. 퓨즈의 작동은 퓨즈 자체의 전기 저항을 통해 과도한 전류 조건에서 열을 자체 생성하는 데 달려 있지만 , 퓨즈는 보호하는 회로에 미미한 양의 추가 저항을 제공하도록 설계되었습니다. 이는 퓨즈 와이어를 가능한 한 짧게 만들어서 크게 달성됩니다. 일반 와이어의 전류 용량이 길이와 관련이 없는 것처럼(10게이지 단선은 길이에 관계없이 자유 공기 중에서 40암페어의 전류를 처리합니다) 특정 소재와 게이지의 퓨즈 와이어는 길이에 관계없이 특정 전류에서 끊어집니다. 길이는 전류 정격의 요소가 아니므로 더 짧게 만들수록 끝에서 끝까지 저항이 줄어듭니다.
그러나 퓨즈 설계자는 퓨즈가 끊어진 후에 무슨 일이 일어나는지도 고려해야 합니다. 한때 연속적이었던 와이어의 녹은 끝은 공기 갭으로 분리되고, 끝 사이에는 전체 공급 전압이 있습니다. 퓨즈가 고전압 회로에서 충분히 길지 않으면, 스파크가 녹은 와이어 끝 중 하나에서 다른 끝으로 점프하여 회로를 다시 완성할 수 있습니다.
따라서 퓨즈는 전압 용량과 퓨즈가 끊어지는 전류 수준에 따라 정격이 결정됩니다.
일부 대형 산업용 퓨즈에는 비용을 줄이기 위해 교체 가능한 와이어 요소가 있습니다. 퓨즈의 본체는 불투명하고 재사용 가능한 카트리지로, 퓨즈 와이어를 노출로부터 보호하고 주변 물체를 퓨즈 와이어로부터 보호합니다.
퓨즈의 전류 정격에는 숫자 하나보다 더 많은 것이 있습니다. 30암페어 퓨즈에 35암페어의 전류가 흐르면 설계의 다른 측면에 따라 갑자기 끊어지거나 끊어지기 전에 지연될 수 있습니다. 일부 퓨즈는 매우 빠르게 끊어지도록 설계되는 반면, 다른 퓨즈는 보다 적당한 "개방" 시간 또는 애플리케이션에 따라 지연된 동작을 위해 설계되었습니다. 후자의 퓨즈는 의도적인 시간 지연 특성으로 인해 때때로 느린 끊어짐 퓨즈라고 합니다.
느린 퓨즈 응용 분야의 전형적인 예는 전기 모터 보호에서 모터가 완전히 멈춘 상태에서 시동될 때마다 최대 10배의 정상 작동 전류에 달하는 돌입 전류가 발생하는 경우입니다. 이와 같은 응용 분야에서 빠른 퓨즈를 사용한다면 정상적인 돌입 전류 수준이 퓨즈를 즉시 날려버리기 때문에 모터를 시동할 수 없습니다! 느린 퓨즈의 설계는 퓨즈 소자가 동등한 빠른 퓨즈보다 질량이 더 크지만(전류 용량은 더 크지 않음) 주어진 전류량에 대해 더 느리게(그러나 최종 온도는 동일함) 가열된다는 것을 의미합니다.
퓨즈 동작 스펙트럼의 다른 쪽 끝에는 과전류 조건에서 매우 빠르게 열리도록 설계된 소위 반도체 퓨즈 가 있습니다. 트랜지스터 와 같은 반도체 소자는 특히 과전류 조건을 용납하지 못하는 경향이 있으며, 따라서 고전력 애플리케이션에서 과전류에 대한 빠른 보호 기능이 필요합니다.
퓨즈는 접지된 시스템에서 항상 부하의 "뜨거운" 쪽에 배치해야 합니다. 이것의 목적은 퓨즈가 열린 후 부하가 모든 면에서 완전히 전원이 끊기도록 하는 것입니다. 부하의 "뜨거운" 쪽과 "중립" 쪽을 퓨즈하는 것의 차이점을 보려면 다음 두 회로를 비교하세요.
어느 경우든 퓨즈는 부하로 가는 전류를 성공적으로 차단했지만, 하부 회로는 부하의 양쪽에서 사람이 서 있을 수 있는 접지로 가는 잠재적으로 위험한 전압을 차단하지 못했습니다. 첫 번째 회로 설계가 훨씬 더 안전합니다.
앞서 말했듯이 퓨즈는 사용되는 유일한 과전류 보호 장치 유형이 아닙니다. 회로 차단기 라고 하는 스위치와 같은 장치 는 종종(그리고 더 일반적으로) 과도한 전류로 회로를 여는 데 사용되며, 퓨즈처럼 회로를 끊는 과정에서 스스로 파괴되지 않는다는 사실 때문에 인기가 있습니다. 그러나 어떤 경우든 회로에 과전류 보호 장치를 배치하는 것은 위에 나열된 것과 동일한 일반적인 지침을 따릅니다. 즉, 접지 에 연결되지 않은 전원 공급 장치 측면을 "퓨즈"하는 것입니다 .
회로에 과전류 보호 장치를 배치하면 다양한 조건에서 해당 회로의 상대적인 충격 위험이 결정될 수 있지만, 이러한 장치는 감전을 방지하기 위한 것이 아니라는 점을 이해해야 합니다. 퓨즈나 회로 차단기는 사람이 감전될 경우 열리도록 설계된 것이 아니라 잠재적인 도체 과열 조건에서만 열리도록 설계되었습니다. 과전류 장치는 주로 회로 도체를 과열 손상(및 지나치게 뜨거운 도체와 관련된 화재 위험)으로부터 보호하고, 부차적으로 부하 및 발전기와 같은 특정 장비를 보호합니다(일부 빠르게 작동하는 퓨즈는 전류 서지에 특히 취약한 전자 장치를 보호하도록 설계됨). 감전이나 감전에 필요한 전류 레벨은 일반적인 전력 부하의 정상 전류 레벨보다 훨씬 낮기 때문에 과전류 조건은 충격이 발생했음을 나타내지 않습니다. 특정 충격 조건을 감지하도록 설계된 다른 장치(접지 고장 감지기가 가장 인기 있음)가 있지만 이러한 장치는 그 한 가지 목적에만 엄격하게 사용되며 도체를 과열로부터 보호하는 것과 관련이 없습니다.
검토:
- 퓨즈 는 과도한 전류가 흐를 경우 회로를 차단하기 위해 녹아서 두 조각으로 분리되도록 설계된 작고 얇은 도체입니다.
- 회로 차단기 는 과전류 조건에서 회로 전류를 차단하기 위해 자동으로 열리는 특수 설계 스위치입니다. 회로 차단기는 설계, 크기 및 응용 분야에 따라 열, 자기장 또는 "보호 릴레이"라는 외부 장치에 의해 "트립"(열림)될 수 있습니다.
- 퓨즈는 주로 최대 전류에 따라 정격이 정해지지만, 회로를 차단한 후 안전하게 견딜 수 있는 전압 강하에 따라서도 정격이 정해집니다.
- 퓨즈는 동일한 최대 전류 수준에 대해 빠르게, 느리게 또는 그 중간으로 끊어지도록 설계될 수 있습니다.
- 접지된 전원 시스템에 퓨즈를 설치하기에 가장 좋은 장소는 부하로 가는 접지되지 않은 도체 경로입니다. 이렇게 하면 퓨즈가 끊어질 때 접지된(안전한) 도체만 부하에 연결되어 있어 사람들이 주변에 있어도 더 안전합니다.