Tất tần tật cầu chì của hệ thống bảo vệ quá tải

Trong hệ thống bảo vệ quá tải của máy phát điện, cầu chì là một bộ phận quan trọng. Nó bảo vệ thiết bị khỏi các sự cố điện nghiêm trọng. Dù có kích thước khiêm tốn, nhưng cầu chì giúp ngăn chặn dòng điện quá tải. Bình Minh đi sâu vào tìm hiểu mọi khía cạnh của cầu chì. Từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động đến cách lựa chọn và thay thế phù hợp với từng loại máy phát điện.

Cầu chì là gì?

Cầu chì là một thiết bị bảo vệ điện có nhiệm vụ ngắt mạch khi dòng điện vượt quá mức. Giúp bảo vệ các linh kiện và hệ thống điện khỏi quá tải.

Xem thêm:

Vòng bi tự bôi trơn trong hệ thống bôi trơn của máy phát điện

Cảm biến giám sát trong máy phát điện

Tầm quan trọng của cầu chì trong máy phát điện

Trong hệ thống máy phát điện, cầu chì đóng vai trò quan trọng trong việc:

• Bảo vệ các linh kiện điện: Khi dòng điện quá tải hoặc xảy ra đoản mạch, cầu chì giúp ngăn chặn dòng điện bất thường lan rộng.
• Hạn chế nguy cơ cháy nổ: Quá tải điện có thể dẫn đến nhiệt độ cao. Làm chảy các linh kiện hoặc gây cháy. Cầu chì giúp ngăn ngừa những rủi ro này bằng cách ngắt dòng điện kịp thời.
• Duy trì hoạt động ổn định: Khi cầu chì hoạt động đúng cách, hệ thống bảo vệ quá tải sẽ đảm bảo máy phát điện hoạt động trong giới hạn an toàn. Tránh hỏng hóc và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
• Giảm chi phí sửa chữa: Thay thế một cầu chì bị đứt rẻ hơn nhiều so với việc phải sửa chữa hoặc thay thế cả một bộ phận lớn trong máy phát điện.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả, gồm các thành phần chính:

Dây dẫn hoặc dải kim loại (Fuse Element): Là bộ phận quan trọng nhất. Thường làm từ vật liệu có điểm nóng chảy thấp như thiếc, đồng hoặc bạc. Dây này sẽ nóng chảy khi dòng điện vượt quá mức cho phép.

Vỏ cầu chì (Fuse Body): Là lớp vỏ bảo vệ bên ngoài. Có thể được làm từ thủy tinh, gốm sứ hoặc nhựa cách điện. Giúp ngăn ngừa tia lửa điện khi dây dẫn bên trong bị đứt.

Đầu nối (End Caps/Terminals): Hai đầu kim loại dùng để kết nối cầu chì với mạch điện của máy phát.

Chất độn (Arc Quenching Material): Một số loại cầu chì có thêm bột silica hoặc sứ để dập tắt tia lửa điện nhanh chóng khi cầu chì đứt.

Nguyên lý hoạt động

• Dòng điện bình thường:

Khi máy phát điện hoạt động trong điều kiện an toàn, dòng điện chạy qua cầu chì mà không làm nóng chảy dây dẫn bên trong.

• Khi dòng điện tăng cao:

Nếu dòng điện vượt quá mức định mức của cầu chì, dây dẫn bên trong sẽ nóng lên do hiệu ứng Joule (Q = I²Rt).

Khi nhiệt độ đạt đến điểm nóng chảy của vật liệu dây dẫn, dây sẽ bị đứt. Làm gián đoạn mạch điện ngay lập tức.

Việc này ngăn chặn dòng điện quá tải tiếp tục chảy vào hệ thống. Bảo vệ các linh kiện quan trọng trong máy phát điện khỏi hư hỏng.

• Sau khi cầu chì đứt:

Hệ thống ngừng hoạt động để tránh hỏng hóc nghiêm trọng hơn.

Kỹ thuật viên cần thay cầu chì mới có cùng thông số.

Phân loại cầu chì

Phân loại theo dòng điện

Cầu chì có thể được chia thành hai loại chính dựa trên dòng điện mà nó bảo vệ:

Cầu chì AC (Alternating Current Fuse) – Cầu chì dòng điện xoay chiều

• Đặc điểm:

Dùng để bảo vệ mạch điện xoay chiều (AC).

Có khả năng ngắt mạch ở điện áp cao hơn so với cầu chì DC.

Khi bị đứt, hồ quang điện dễ bị dập tắt do dòng điện AC có tần số thay đổi liên tục (50Hz hoặc 60Hz).

• Ứng dụng:

Sử dụng trong các máy phát điện chạy bằng động cơ đốt trong. Hoặc hệ thống điện gia đình, công nghiệp…

Thường thấy trong các máy phát điện có công suất lớn. Hoạt động ở điện áp từ 110V – 400V.

 

Cầu chì DC (Direct Current Fuse) – Cầu chì dòng điện một chiều

• Đặc điểm:

Dùng để bảo vệ mạch điện một chiều (DC).

Hồ quang điện khi cầu chì đứt khó dập tắt hơn do dòng điện DC có cường độ ổn định, không thay đổi tần số. Vì vậy, cầu chì DC thường có kích thước lớn hơn và sử dụng vật liệu đặc biệt để dập tắt hồ quang.

• Ứng dụng:

Dùng trong các hệ thống máy phát điện DC. Hệ thống lưu trữ năng lượng.

Phổ biến trong các dòng máy phát điện dự phòng cho viễn thông hoặc trạm biến áp DC.

Phân loại theo thiết kế

Dựa vào thiết kế và cấu trúc, cầu chì trong máy phát điện có thể được chia thành các loại sau:

Cầu chì ống (Cartridge Fuse)

• Cấu tạo: Có dạng hình trụ, lõi bên trong chứa dây kim loại bảo vệ, vỏ ngoài làm bằng thủy tinh hoặc gốm.
• Ưu điểm: Độ bền cao, bảo vệ tốt, dễ thay thế.
• Ứng dụng: Dùng trong các máy phát điện công nghiệp có công suất trung bình đến lớn.

Cầu chì dây (Wire Fuse, Rewireable Fuse)

• Cấu tạo: Là dạng cầu chì sử dụng dây kim loại mỏng được quấn quanh hai đầu nối. Khi dây đứt, có thể thay thế bằng dây mới.
• Ưu điểm: Giá thành rẻ, dễ sửa chữa tại chỗ.
• Nhược điểm: Không đảm bảo tính đồng nhất trong bảo vệ vì người dùng có thể thay sai loại dây.
• Ứng dụng: Ít được dùng trong máy phát điện hiện đại. Thường xuất hiện ở các hệ thống cũ hoặc máy phát điện nhỏ.

Cầu chì tự phục hồi (Resettable Fuse – PTC Fuse)

• Cấu tạo: Sử dụng vật liệu polymer hoặc hợp chất có khả năng thay đổi điện trở khi nhiệt độ tăng quá mức. Khi mạch trở về trạng thái bình thường, cầu chì có thể hoạt động lại.
• Ưu điểm: Không cần thay mới khi bị quá tải, tiết kiệm chi phí bảo trì.
• Nhược điểm: Chỉ hiệu quả với các dòng điện thấp. Không phù hợp với các hệ thống điện công suất cao.
• Ứng dụng: Dùng trong các máy phát điện nhỏ, thiết bị điện tử hoặc mạch điều khiển phụ trợ của máy phát điện.