Dlaczego mój bezpiecznik przepalił się po ponad 3 latach bez żadnych problemów?


22

Przez kilka lat miałem elektromagnes podłączony do wyjścia 24VDC sterownika PLC (Rockewell Automation 1769-OB16 ).

Aby zabezpieczyć kartę wyjściową PLC, między sterownikiem PLC a elektromagnesem zainstalowano szybko działający bezpiecznik 500 mA. Bezpiecznik działa od dłuższego czasu bez żadnych problemów.

Niedawno zadziałał ten bezpiecznik. Na linii nie było żadnych zmian, nienormalne lub nadmierne użycie elektromagnesu i nic nadzwyczajnego. Po prostu wybuchło. Wymieniłem bezpiecznik na identyczny, a elektromagnes działa równie dobrze, jak przed zadziałaniem bezpiecznika.

Zmierzyłem prąd, aby dowiedzieć się, dlaczego wybuchł, i stwierdziłem, że solenoid faktycznie pobiera 530 mA. Pozwoliłem elektromagnesowi ciągnąć tak mocno przez ponad 20 minut, a bezpiecznik zadziałał.

Dlaczego bezpiecznik nie przepala się, mimo że obciążenie ciągnie więcej, niż wynosi bezpiecznik? I dlaczego miałby wybuchać dopiero teraz, po ponad 3 latach, a nie wcześniej?


2
Temperatura otoczenia ma wpływ; jeśli jest cieplej, prawdopodobieństwo (nieco) przepalenia bezpiecznika wzrasta.
— Daniel Griscom,

Dzięki, wiedziałem o tym pierwotnie i na szczęście bezpiecznik był w pokoju 65-70 (F) i tak został.
— CaptJak

@DanielGriscom, przeciwnie, części mechaniczne często stają się sztywniejsze na mrozie. W zależności od tego, co napędzał elektromagnes i od tego, czy występuje sprzężenie zwrotne w celu zmniejszenia napięcia podtrzymania, może on działać płasko dłużej niż normalnie. OK, nie wygląda to tak w tym konkretnym przypadku, ale można to zrealizować za pomocą przełącznika przymocowanego do elektromagnesu.
— Chris H

3
Przekroczenie prądu znamionowego prowadzi do przedwczesnego starzenia. Nawet jeśli nowy bezpiecznik nie wybuchnie w ciągu 20 minut, nie będzie trwał tak długo, jak się spodziewa.
— Dmitrij Grigoryev

2
Nie myśl o bezpieczniku jako ograniczniku prądu. Pomyśl o tym jak o katastrofalnej ochronie przed awarią. Ma to na celu zapobieganie przekształceniu się przepięć i krótkich awarii w pożary, a nie ochrona lekko przeciążonego zasilacza.
— Passerby

Odpowiedzi:


31

Wartość znamionowa bezpiecznika to ilość prądu, który będzie przewodził w nieskończoność bez przepalenia . Aby to zagwarantować, większość bezpieczników nie zadziała, dopóki prąd nie wzrośnie do 2 × lub więcej ich wartości znamionowej. W rzeczywistości, jeśli spojrzysz na arkusz danych bezpiecznika, zwykle pojawi się wykres, który odnosi czas wyładowania do procentowego (nadmiernego) obciążenia. Większość takich wykresów rośnie do nieskończonego czasu, aby wysadzić gdzieś w pobliżu obciążenia 200%.

Jeśli wkładasz przez nią gdzieś od 1 × do 2 × aktualną wartość znamionową bezpiecznika, jesteś w szarym obszarze, w którym może on wybuchnąć lub nie, lub może z czasem stać się słabszy, co ostatecznie może doprowadzić do dolny próg dmuchania.

Istnieją również inne rzeczy specyficzne dla elektrozaworów, które również mogą powodować taką awarię. Na uproszczonym poziomie można myśleć o cewce jako cewce indukcyjnej, a jej rezystancja DC ogranicza prąd ustalony. Jednak gdy tłok faktycznie się porusza, indukcyjność się zmienia, a to powoduje dodatkowy wzrost prądu za każdym razem, gdy go operujesz. Jeśli coś w obciążeniu mechanicznym spowoduje, że działanie będzie nieco wolniejsze niż normalnie, skok ten będzie trwał dłużej i może potencjalnie spowodować uszkodzenie bezpiecznika.

Właśnie dlatego bezpieczniki zwłoczne są zwykle stosowane w przypadku obciążeń, które mają udary rozruchowe. Dlatego też powinieneś użyć wyjścia PLC, które jest przystosowane do obsługi udaru.


Dzięki. Sterownik PLC, który posiadam, jest przystosowany do obsługi udaru (stała 1A i do 2A co 10 ms), po prostu nie byłem tym, który zaprojektował system. Czy zalecane byłoby zastąpienie szybko działającego bezpiecznika 500 mA bezpiecznikiem zwłocznym 500 mA? Czy powinienem wymienić go na szybko działający bezpiecznik o wyższej wartości?
— CaptJak

6
Byłbym skłonny użyć bezpiecznika 1A, który dobrze pasuje do mocy wyjściowej PLC.
— Dave Tweed

@DaveTweed, ale jak zauważasz, bezpiecznik 1 A może przenosić do 2 A przez czas nieokreślony, co byłoby poza wartością znamionową udaru 1 A max / 2 A, nie?
— nekomatic

1
@nekomatic: Nie. Jak powiedziałem, zakres od 1x do 2x jest szarym obszarem, chroniąc margines błędu testowania i tolerancje produkcyjne dla producenta. Jedyną gwarancją nieskończonego czasu jest faktyczna ocena.
— Dave Tweed

@DaveTweed „nieokreślony”, a nie „nieskończony”. Myślę, że to znaczy tyle samo, co „szara strefa”. Wydaje mi się, że bezpiecznik 1 A może pozwolić na przeciążenie wyjścia PLC przez dłuższy czas.
— nekomatic

40

Konstrukcja bezpiecznika

Patrząc na ten arkusz danych dla szybkich bezpieczników 5x20mm firmy ESKA, na dole znajduje się tabela z „limitami czasu przed wyładowaniem łukowym”. W przypadku bezpiecznika 500 mA stwierdza:

 2.1*500mA  =1050mA:         30min
 2.75*500mA =1375mA:     50ms-2s
 4*500mA    =2000mA:     10-300ms
10*500mA    =5000mA:         20ms

Jest więc całkowicie zgodne ze specyfikacją (tego bezpiecznika), że nie wieje przy 530 mA w ciągu 20 minut.

Starzenie bezpiecznika w stałych warunkach

Z drugiej strony dziwne jest, że bezpiecznik zadziałał. Kiedyś widzieliśmy to samo dziwne zachowanie i przeprowadziliśmy test. Mieliśmy cztery bezpieczniki 1A połączone szeregowo, każdy z diodą równolegle. Zostało to podłączone do źródła prądu stałego 1A i monitorowano spadek napięcia na każdym bezpieczniku. Dopóki bezpieczniki były w porządku, spadek napięcia był znacznie poniżej 0,7V, a cały prąd przepływał przez bezpieczniki. Przepalony bezpiecznik wskazywałby na spadek napięcia o około 0,7V:

schematyczny

symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab

Umieściliśmy pięć z tych zestawów wyposażonych w bezpieczniki różnych producentów i partie do piekarnika o stałej temperaturze 85 ° C, aby dodać trochę stresu i otrzymaliśmy ten dość interesujący wynik:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Wszystkie bezpieczniki zaczęły się „starzeć” natychmiast, jak pokazuje powoli rosnący spadek napięcia.

  • Zestaw 1 ma duży rozpiętość spadku napięcia, a pierwszy bezpiecznik zaczyna zwiększać spadek napięcia w dniu 10, a ostatecznie wybuchł 15 dni później (!)
  • Zestaw 3 to inna partia od tego samego producenta. Trwało to dłużej, ale wynik jest taki sam.
  • Zestaw 4 zaczął się od wysokiego spadku napięcia, ale wydawał się gdzieś osiedlić.
  • Zestaw 2 zaczyna się od niskiego spadku, a nachylenie zaczyna rosnąć w dniu ~ 25-30
  • Zestaw 5 ma wyjątkowo mały spadek napięcia i naprawdę niewielki rozrzut części, ale nawet tutaj nachylenie zaczyna się bardzo powoli około 30 dnia. Cena tego bezpiecznika jest 3-krotnie wyższa niż w zestawie 1 i 3 ...

(Mam dane przez dłuższy okres, ale muszę je wyszukać)

Oto także zdjęcie bezpieczników:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Od lewej do prawej:

  • Nowe i nieużywane
  • Po pewnym czasie w jednym z naszych urządzeń, które często przepalały bezpieczniki, ma już lekko żółty odcień.
  • Nadal działa bezpiecznik, widać dużo czarnego utleniania
  • przepalony bezpiecznik, wydaje się, że wybuchł stosunkowo szybko.
  • Kolejny przepalony bezpiecznik. Wygląda na to, że dmuchnięcie zajęło dużo czasu.

Starzenie bezpiecznika poprzez przełączanie obciążeń

Przewód bezpiecznika nagrzewa się i rozszerza, gdy płynie prąd. W wysokich temperaturach może dojść do utlenienia, które osłabia drut mechanicznie, a także może być elektrycznie. Włączanie / wyłączanie obciążenia oznacza, że ​​drut jest zgięty za każdym razem. Obciążenie to może spowodować przepalenie bezpiecznika w pewnym momencie, nawet jeśli prąd nigdy nie przekroczy progu.

Zły projekt obwodu

Oczywiście, kiedy piszesz o elektromagnesie, możliwe, że na bezpieczniku występują krótkie, ale duże impulsy, które z czasem również go uszkodzą.

Zalecenie

Bezpiecznik zwykle nie służy do ochrony urządzenia, ale do ochrony źródła lub uniknięcia dalszych uszkodzeń, np. Pożaru.

Producenci powiedzieli, że najlepiej byłoby użyć bezpiecznika o wartości 1,5-2 razy większej niż maks. oczekiwany prąd, chociaż zbyt wysoki bezpiecznik może nie zadziałać, kiedy powinien.

Jednak starzenie się nadal występuje, a bezpieczniki wybuchają od czasu do czasu bez (zewnętrznego) powodu.


Ma sens. Karta danych bezpiecznika pokazuje, że może on trwać 30–60 minut przy 150% wartości znamionowej. Pomieszczenie, w którym trzymany jest bezpiecznik, pozostaje na poziomie około 66 F, więc idę z wiekiem i charakterem operacji elektromagnesów jako przyczyny. Wykresy i ilustracje były bardzo pomocne.
— CaptJak

Jak myślisz, o ile przyspieszono starzenie przy użyciu 85 ° C? Czy może to być wspólny współczynnik 2 na 10 ° C (byłby to 50 razy)?
— Peter Mortensen

1
To naprawdę doskonała odpowiedź. Miałem samochód (Saab), który zmarł po 10 latach. Bezpiecznik obwodu zapłonowego odkształcił się i otworzył, chociaż wyglądał dobrze. Element bezpiecznika wyglądał OK, choć nieco wydłużony, ale przy najmniejszym dotyku rozpadł się w pył. Wymieniłem bezpiecznik z obwodu klimatyzacji (była zima) i włączyłem.
— WhatRoughBeast

@PeterMortensen prawdopodobnie nie. Zależy to całkowicie od energii aktywacji reakcji. Ta ogólna zasada opiera się na reakcjach, które mają znaczną szybkość zbliżoną do temperatury pokojowej, ale szybkość degradacji bezpiecznika w temperaturze pokojowej jest prawie nieistotna. Jeśli znany jest proces prowadzący do starzenia się, wówczas można wykorzystać jego energię aktywacji do uzyskania dokładnej (do skali) zależności temperaturowej.
— Oleksandr R.

1
@ Rev1.0 W rzeczywistości test trwał co najmniej 100 dni, po prostu nie mogę znaleźć danych ... Przetestowałem to na uniwersytecie, piekarnik był bezpłatny i po prostu pozwoliliśmy mu działać. W rzeczywistości projekt jest rzeczywiście nieco większy, a bezpieczniki ulegały awarii w urządzeniach, do których nie można było uzyskać dostępu przez wiele miesięcy podczas pracy. Chociaż po prostu zastępujemy 1A 1,6A, pomiar ten był dla nas mniej lub bardziej interesujący.
— Sweber

1

Widziałem krzywe topnienia topnika z czasem w stosunku do prądu, a krzywe te NIE przechodzą w „nieskończoność”. Nieskończoność nie istnieje na wykresach. Zamiast tego, z prądami nieco zbliżonymi do lub poniżej nominalnych, czas zajmie pewną dużą liczbę godzin, powiedzmy 1000 do 10 000. A jeśli prąd nie jest cały czas włączony, jak prawdopodobnie w twoim przypadku, 3 lata to rozsądny „długi” czas na stopienie.

Można też na to spojrzeć inaczej: bezpiecznik jest jak żarówka, stary typ z gorącym żarnikiem. Chociaż jest bardzo gorący, nadal potrzebuje niesamowitych 1000 godzin. I nawet przy niskim napięciu, płonącym niżej, nie zaświeci „na zawsze”.

Aby wesprzeć mój argument, oto dowolny schemat czasu bezpiecznika , znaleziony w google. Pokazuje dość prostą linię w skali logarytmicznej przez 5 dekad, od 0,01 s do 1000 s. Od 1000 s do 3 lat to kolejne 5 dekad.

Kolejny argument: widziałem przepalenie bezpieczników po 25 latach pracy. Pewnego razu, mniej więcej w 2010 roku, wymieniłem główny przepalony domowy bezpiecznik podczas pobytu w Iranie, aby odkryć monetę sprzed rewolucji (1979)! (Nie wymyślam tego) Bez widocznego przeciążenia lub zwarcia.


Dziękuję Ci. Po pierwsze, jestem całkiem pewien, że wszyscy biorący udział w tym wątku wiedzą, że tak naprawdę nie jest on „na zawsze”, jest tylko przenośny na „w nieskończoność / naprawdę długo”. Po drugie, czy masz coś na poparcie swojej odpowiedzi? Testy? Źródła informacji? Nie wierzę, że 3 lata to rozsądny czas, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że mam setki (dosłownie) starszych bezpieczników, które nie zadziałały.
— CaptJak

@CaptJak Do mojej odpowiedzi dodałem konkretne dane. O twoich bezpiecznikach: czy wszystkie one przewodzą przez cały czas stały prąd wokół wartości nominalnej? Jeśli nie, na przykładowych wykresach zobaczysz, że przy lżejszym (średnim) obciążeniu prądowym czas topnienia znacznie się wydłuży.
— Roland

To się zmienia. Niektóre bezpieczniki (takie jak ten, który wybuchł) przenoszą prąd tylko chwilowo, podczas gdy inne są stałe. Niektóre mają mniej niż są oceniane dla (250mA), a inne mają swoją ocenę lub nieco wyższą.
— CaptJak

I nie wątpię, że w końcu umrą. Ale trzy lata wydawały się zbyt wcześnie, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że był to jedyny z wielu bezpieczników.
— CaptJak

0

Jest powszechnym błędnym przekonaniem, że bezpiecznik powinien stopić się natychmiast („nadmuch”) przy prądzie znamionowym.

Bezpiecznik służy do ochrony okablowania przed wywołaniem pożaru w przypadku nadmiernego prądu i / lub do ochrony przed porażeniem prądem w przypadku awarii izolacji. Bezpiecznik może działać w połączeniu z uziemieniem, powodując wysoki prąd zwarciowy w przypadku niewielkiej awarii izolacji. W optymalnym przypadku bezpiecznik przepali się bardzo szybko z powodu wysokiego prądu zwarciowego.

Bezpieczniki są znane z trudności w ocenie, aby chronić przed przegrzaniem okablowania w przypadku prądów, które są tylko nieznacznie wyższe niż zaprojektowane. Dlatego inżynierowie elektrycy potrzebują tych skomplikowanych wykresów bezpieczników.

Patrząc na te wykresy (np. Patrz moja inna odpowiedź), zobaczysz, że bezpiecznik o wartości 100 A stopi się przy prądzie 10-krotnym od tej wartości. To wyjaśni twoje pytanie, dlaczego twój bezpiecznik 500 mA nie przepala się przy obciążeniu 530 mA. Nie, nie wybuchnie od razu, ale może / połączy się później. Bezpiecznik X Ampere sam w sobie nie jest bardzo przydatny w przypadku obciążenia, które nominalnie pobiera X Ampere. Np. W moim domu mógłbym zapalić lampę, powiedzmy 10 Watt, podczas gdy instalacja jest połączona z 16 amperami (przy 230 V prądu przemiennego).

Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.