Phân tích độ tin cậy và độ tách rời bất thường của hành động cầu chì rơi

Tính năng "rơi" của cầu chì rơi là thiết kế chức năng cốt lõi của nó, nhưng liệu có xảy ra hiện tượng rơi bất ngờ trong quá trình vận hành hay không là mối quan tâm chính đối với nhân viên vận hành. Bài viết này phân tích các điều kiện biên cho hoạt động bình thường và tách rời bất thường theo quan điểm cân bằng cơ học và hỏng vật liệu, đồng thời đề xuất các chiến lược kiểm soát kỹ thuật.

1、 Cơ chế cơ học của chuyển động bình thường
Kích hoạt cầu dao và mở khóa cơ học
1. Ngưỡng gãy nóng chảy:

Nóng chảy (hợp kim đồng bạc) bị gãy chuyển pha do tích tụ nhiệt Joule dưới dòng điện quá tải hoặc ngắn mạch. Dòng điện cầu chì quan trọng đáp ứng các yêu cầu sau:

𝐼=𝐾⋅𝑆⋅√𝑡

Trong số đó, 𝐾 là hằng số vật liệu (khoảng 1350 A · s -189·· mm - ² đối với hợp kim đồng bạc), S là diện tích mặt cắt ngang của chất nóng chảy và t là thời gian tác động.

2. Động lực học giải phóng lò xo:

Lò xo nén (lực căng trước 50-80N) giải phóng năng lượng sau khi lớp nóng chảy bị gãy, đẩy ống nóng chảy tách khỏi tiếp xúc tĩnh với gia tốc 3-5 m/s². Quá trình này đòi hỏi phải vượt qua lực đẩy điện (F=0,5L′I²) và lực ma sát (hệ số ma sát 0,15-0,25) giữa các tiếp điểm.

Trọng lực hỗ trợ thả theo hướng
Góc nghiêng giữa ống nóng chảy và trục thẳng đứng được thiết kế là 30 ° -45 °. Sau khi lớp nóng chảy bị gãy, trọng tâm của ống nóng chảy dịch chuyển, tạo thành mô men xoắn:

M=mg⋅l⋅sinθ

Trong đó, m là khối lượng của ống nóng chảy (khoảng 2-5kg), l là khoảng cách lệch của trọng tâm (0,1-0,3m) và θ là góc nghiêng. Khi mô men xoắn vượt quá mô men xoắn điện trở trục (2-5N · m), ống nóng chảy hoàn thành một cú rơi theo hướng 60 ° -75 °, tạo thành một vết nứt có thể nhìn thấy.

2、 Nguyên nhân điển hình của sự tách rời bất thường
Hỏng cấu trúc cơ học
1‍‌. Mỏi lò xo: ​​Khi hệ số độ cứng của lò xo giảm hơn 15% sau hơn 200 lần vận hành, lực tải trước không đủ dẫn đến không giải phóng dòng điện.

2. Kẹt trục: Mỡ bôi trơn bị lão hóa (độ xuyên thấu <200mm/10) hoặc cát và bụi xâm nhập (kích thước hạt> 50 μ m) khiến mô men xoắn điện trở trục vượt quá giá trị thiết kế (> 8N · m).

Không khớp thông số điện
1. Chọn sai chất nóng chảy: Khi dòng điện định mức của chất nóng chảy vượt quá ba lần dòng tải, dòng tải thông thường có thể gây ra rung động nhiệt (tần số 10-20Hz), dẫn đến nới lỏng cơ học.

2. Điện trở tiếp xúc quá mức: Khi điện trở tiếp xúc của tiếp điểm lớn hơn 500 μ Ω, nhiệt Joule (Q=I² Rt) gây ra quá trình cacbon hóa cục bộ của ống nhựa epoxy, dẫn đến giảm hơn 50% độ bền kết cấu.

Hiệu ứng nhiễu môi trường
1. Tác động của lực gió: Lực gió trên mức 6 (>10,8m/s) tạo ra lực khí động học (𝑀𝑤=0,5 𝜌𝑣 2 𝐶𝑑𝐴) lên ống nóng chảy, có thể gây rơi ngẫu nhiên nếu kết hợp với hướng của mô men trọng lực.

2. Tải trọng lớp phủ băng: Khi độ dày lớp phủ băng trên bề mặt ống nóng chảy lớn hơn 5mm, khối lượng bổ sung làm tăng độ lệch trọng tâm lên 30% -50% và phá vỡ sự cân bằng mô men.