Phân tích chuyên sâu về sự cố cầu chì: Khám phá các nguyên nhân gây ra hiện tượng cacbon hóa và đen hóa trong buồng dập tắt hồ quang.

Trong quá trình vận hành lâu dài của hệ thống bảo vệ mạch điện, những thay đổi vật lý trong các bộ phận bên trong cầu chì tự ngắt thường cho thấy những rủi ro tiềm ẩn. Sự cacbon hóa thành trong của buồng dập tắt hồ quang, không gian vật lý để dập tắt hồ quang điện, không phải là ngẫu nhiên; nó thường liên quan chặt chẽ đến sự giải phóng năng lượng và những thay đổi trong tính chất của chất điện môi.

Sự tích tụ ứng suất nhiệt trong quá trình đứt cầu chì:
Khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải, phần tử cầu chì tan chảy tức thời, tạo ra hồ quang nhiệt độ cao. Hồ quang lan rộng nhanh chóng trong buồng dập tắt hồ quang hẹp, giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ. Nếu vật liệu cách điện được sử dụng trong buồng dập tắt hồ quang có khả năng chịu nhiệt không đủ, hoặc nếu nhiệt không thể tản ra kịp thời do sự gián đoạn dòng điện nhỏ lặp đi lặp lại, các thành phần hữu cơ trên bề mặt vật liệu sẽ bị phân hủy nhiệt dưới nhiệt độ cao kéo dài. Sản phẩm trực tiếp của quá trình phân hủy hóa học này là cacbon tự do, bám vào thành buồng dập tắt hồ quang, tạo thành một lớp cacbon hóa màu đen có thể nhìn thấy được.

Cơ chế gây hư hại của quá trình ăn mòn hồ quang đối với chất điện môi cách điện:
Ảnh hưởng của sự sinh khí và sóng áp suất:
Tại thời điểm phóng điện hồ quang, quá trình trao đổi nhiệt phức tạp xảy ra giữa chất độn dập tắt hồ quang (như cát silic) và lớp vỏ cách điện. Nếu buồng dập tắt hồ quang được bịt kín quá chặt hoặc kênh thoát khí được thiết kế kém, điện áp cao cục bộ có thể khiến hồ quang tồn tại trong khu vực cục bộ quá lâu.

Đường dẫn cacbon hóa của vật liệu cách điện
Đứt gãy chuỗi phân tử: Nhiệt độ cao buộc các liên kết phân tử của sợi cách điện hoặc nhựa tổng hợp bị đứt gãy.

Hình thành kênh dẫn điện: Các nguyên tố cacbon kết tủa không chỉ làm thay đổi hình dạng của buồng dập tắt hồ quang mà còn tạo ra các đường dẫn điện yếu trên bề mặt.

Giảm độ bền điện môi: Vùng bị cacbon hóa làm giảm đáng kể điện trở cách điện của môi trường dập tắt hồ quang.

Hư hỏng tích lũy do vận hành thường xuyên
Nếu cầu chì chịu tải trọng tới hạn trong thời gian dài, nhiệt Joule sinh ra từ phần tử nóng chảy sẽ duy trì môi trường bên trong buồng dập tắt hồ quang ở nhiệt độ cao trong thời gian dài. Quá trình lão hóa nhiệt mãn tính này dần dần làm giòn vật liệu. Với mỗi lần đứt, hơi kim loại còn sót lại sẽ trộn lẫn với cặn cách điện bị bào mòn. Dưới tác động của điện trường, hỗn hợp này làm tăng thêm độ sâu cacbon hóa trên bề mặt buồng dập tắt hồ quang, có khả năng dẫn đến hỏng hóc chức năng dập tắt hồ quang hoặc vỡ vỏ.