Почему мой предохранитель перегорел через 3 с лишним года без проблем?

В течение нескольких лет у меня был соленоид, подключенный к выходу ПЛК 24 В постоянного тока (Rockewell Automation 1769-OB16 ).

Для защиты выходной платы ПЛК был установлен быстродействующий предохранитель 500 мА между ПЛК и соленоидом. Предохранитель работал без проблем долгое время.

Недавно этот взрыватель перегорел. Не было никаких изменений в линии, не было ненормального или чрезмерного использования соленоида, и ничего необычного. Это просто взорвалось. Я заменил предохранитель на идентичный, и соленоид работает так же хорошо, как и до того, как перегорел предохранитель.

Я измерил ток, чтобы попытаться выяснить, почему он дул, и обнаружил, что соленоид фактически тянет 530 мА. Я позволил соленоиду продолжать тянуть так много в течение более 20 минут, и предохранитель удержался.

Почему предохранитель не перегорает, даже если нагрузка тянет больше, чем рассчитано на предохранитель? И почему он взорвется только сейчас, через 3 с лишним года, а не раньше?

Номинал предохранителя - это величина тока, который он будет нести бесконечно, не дуя. Чтобы гарантировать это, большинство плавких предохранителей не сгорят, пока ток не увеличится до 2х или более от их номинальной мощности. На самом деле, если вы посмотрите на таблицу данных по предохранителю, то обычно будет диаграмма, которая связывает время удара с процентной (избыточной) нагрузкой. Большинство таких графиков имеют бесконечное время, чтобы взорвать где-то около 200% нагрузки.

Если вы поместите где-то между 1 × и 2 × текущим номиналом предохранителя через него, вы окажетесь в серой области, в которой он может или не может дуть, или он может просто ослабнуть со временем, что в конечном итоге приведет к нижний порог для выдувания.

Существуют и другие особенности, относящиеся к соленоидам, которые тоже могут стать причиной такого сбоя. На упрощенном уровне вы можете думать о соленоиде как об индукторе, а его сопротивление постоянному току ограничивает его установившийся ток. Однако когда плунжер действительно движется, индуктивность меняется, и это создает дополнительный всплеск тока при каждом его использовании. Если что-то из-за механической нагрузки приводит к тому, что работа будет несколько медленнее, чем обычно, этот скачок будет длиться дольше и потенциально может перегореть.

Вот почему плавкие предохранители с медленным выдуванием обычно используются с нагрузками, которые имеют скачки запуска. Именно поэтому вы должны использовать выход ПЛК, рассчитанный на работу с помпажем.

Предохранитель Дизайн

Глядя на эту таблицу для быстрого 5x20mm предохранителей от Эска, вы найдете таблицу с «преддуговым сроки» в нижней части. Для плавкого предохранителя на 500 мА говорится:

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

Таким образом, это полностью в пределах спецификации (этого предохранителя), что он не дует при 530 мА в течение 20 минут.

Предохранитель старения в постоянных условиях

С другой стороны, странно, что предохранитель перегорел. Однажды мы увидели такое же странное поведение и провели тест. У нас было четыре плавких предохранителя на 1 А, каждый с диодом параллельно. Он был подключен к источнику постоянного тока 1 А, и падение напряжения на каждом предохранителе контролировалось. Пока предохранители были в порядке, падение напряжения было намного ниже 0,7 В, и весь ток проходил через предохранители. Перегоревший предохранитель будет обозначен падением напряжения примерно на 0,7 В:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Мы поместили пять из этих комплектов, оснащенных предохранителями разных производителей и партиями, в печь с постоянной температурой 85 ° C, чтобы добавить некоторое напряжение, и получили этот довольно интересный результат:

Все плавкие предохранители начали "стареть" немедленно, как показывает медленно увеличивающееся падение напряжения.

• Комплект 1 имеет большой разброс падения напряжения, и первый предохранитель начинает увеличивать падение напряжения на 10-й день и, наконец, перегорел через 15 дней (!)
• Набор 3 - это другая партия от того же производителя. Это заняло больше времени, но результат тот же.
• Установка 4 началась с высокого падения напряжения, но, похоже, где-то поселилась.
• Набор 2 начинается с небольшого падения, и наклон начинает увеличиваться в день ~ 25-30
• У комплекта 5 превосходное небольшое падение напряжения и очень маленький разброс по частям, но даже в этом случае наклон начинает очень медленно увеличиваться примерно на 30-й день.

(У меня есть данные за более длительный период, но нужно искать их)

Вот также картина предохранителей:

Слева направо:

• Новый и неиспользованный
• Через некоторое время в одном из наших устройств, которые часто перегорают, перегорели уже легкие желтые тона.
• Все еще работает предохранитель, видно много черного окисления
• перегорел предохранитель, похоже, перегорел относительно быстро.
• Еще один перегоревший предохранитель. Кажется, чтобы взорвать, понадобилось много времени.

Старение предохранителя путем переключения нагрузки

Провод плавкого предохранителя нагревается и расширяется при протекании тока. При высоких температурах может произойти окисление, что приводит к механическому ослаблению провода, а также к электрическому напряжению. Включение / выключение нагрузки означает, что провод каждый раз изгибается. Это напряжение может вызвать перегорание предохранителя в какой-то момент, даже если ток никогда не превышает пороговое значение.

Плохая схема

Конечно, когда вы пишете о соленоиде, возможно, что на предохранителе есть короткие, но большие импульсы, которые со временем также повредят его.

Рекомендация

Предохранитель обычно не для защиты устройства, а для защиты источника или предотвращения дальнейшего повреждения, например, в результате пожара.

Производители заявили, что было бы лучше использовать плавкий предохранитель, рассчитанный на 1,5-2 максимума. ожидаемый ток, хотя слишком высокий номинальный предохранитель может не перегореть, когда должен.

Однако старение все же происходит, и предохранители время от времени перегорают без (внешней) причины.

Я видел кривые плавления плавкого предохранителя с течением времени, и эти кривые НЕ уходят в бесконечность. Бесконечность не существует на графиках. Вместо этого, при токах, примерно равных или меньших номинальных значений, время увеличится до нескольких часов, скажем, от 1000 до 10000. И если ток не всегда включен, как, вероятно, в вашем случае, 3 года - разумное «долгое» время, чтобы таять.

Еще один способ взглянуть на это: предохранитель похож на лампочку, старого типа с горячей нитью накала. Хотя и очень жарко, все равно требуется около 1000 часов, чтобы таять. И даже при пониженном напряжении, сгорая ниже, он не будет светиться «вечно».

Чтобы поддержать мои аргументы, вот произвольная временная диаграмма плавкого предохранителя , найденная с помощью Google. Она показывает довольно прямую линию в логарифмическом масштабе за 5 десятилетий, от 0,01 с до 1000 с. От 1000 с до 3 лет это еще 5 десятилетий.

Как еще один аргумент: я видел взрыв предохранителей после 25 лет службы. Однажды, где-то в 2010 году, я заменил перегоревший главный бытовой предохранитель, находясь в Иране, только чтобы обнаружить монету до революции (1979)! (Я не придумываю это) Без явной перегрузки или короткого замыкания.

Распространенным заблуждением является то, что предохранитель должен плавиться немедленно («дуть») при номинальном токе.

Предохранитель используется для защиты проводки от возгорания в случае чрезмерных токов и / или для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции. Предохранитель может работать вместе с заземлением, вызывая высокий ток короткого замыкания в случае незначительного повреждения изоляции. В оптимальном случае предохранитель перегорает очень быстро из-за высокого тока короткого замыкания.

Известно, что предохранители трудно оценить для защиты от перегрева проводки в случае токов, которые лишь незначительно превышают расчетные. Вот почему инженерам-электрикам нужны эти сложные схемы предохранителей.

Посмотрев на эти графики (например, см. Мой другой ответ), вы увидите, что для плавкого предохранителя с номиналом 100 А потребуется несколько секунд для питания при токе, в 10 раз превышающем это значение. Это объяснит ваш вопрос о том, почему ваш предохранитель на 500 мА «не перегорает» при нагрузке 530 мА. Нет, он не будет дуть сразу, но может / срастется позже. Предохранитель X Ampere сам по себе не очень полезен для нагрузки, которая номинально притягивает X Ampere. Например, в моем доме я мог бы включить лампу, скажем, 10 Вт, в то время как установка перегорела на 16 Ампер (при 230 В переменного тока).