Perché la mia miccia si è bruciata dopo 3+ anni senza problemi?

Per diversi anni, ho avuto un solenoide collegato all'uscita 24VDC di un PLC (Rockewell Automation 1769-OB16 ).

Per proteggere la scheda di uscita del PLC, è stato installato un fusibile da 500 mA ad azione rapida tra il PLC e il solenoide. La miccia funziona da molto tempo senza problemi.

Di recente, questa miccia si è rotta. Non ci sono stati cambiamenti sulla linea, nessun uso anomalo o eccessivo del solenoide e niente di straordinario. È solo scoppiato. Ho sostituito il fusibile con uno identico e il solenoide funziona esattamente come prima che il fusibile scoppiasse.

Ho misurato la corrente per cercare di scoprire perché è saltato e ho scoperto che il solenoide sta effettivamente tirando 530mA. Ho lasciato che il solenoide continuasse a tirare così tanto per oltre 20 minuti e il fusibile è rimasto.

Perché il fusibile non si brucia anche se il carico sta tirando più di quello previsto per il fusibile? E perché dovrebbe soffiare solo ora, dopo più di 3 anni, e non prima?

La classificazione di un fusibile è la quantità di corrente che trasporterà indefinitamente senza bruciare. Per garantire ciò, la maggior parte dei fusibili non si brucerà fino a quando la corrente non sale a 2 × o più del loro valore nominale. In effetti, se si guarda al foglio dati per un fusibile, di solito ci sarà un grafico che mette in relazione il time-to-blow con il carico percentuale (over). La maggior parte di tali grafici sale a un tempo infinito per soffiare da qualche parte vicino al carico del 200%.

Se stai posizionando tra 1 × e 2 × l'attuale valore nominale del fusibile attraverso di esso, ti trovi in ​​un'area grigia in cui potrebbe o non potrebbe bruciarsi, oppure potrebbe indebolirsi nel tempo, portando infine a un soglia inferiore per soffiaggio.

Esistono altre cose specifiche per i solenoidi che potrebbero causare un tale guasto. A un livello semplicistico, puoi pensare a un solenoide come un induttore e la sua resistenza CC limita la sua corrente stazionaria. Tuttavia, quando lo stantuffo si sta effettivamente muovendo, l'induttanza sta cambiando e questo crea un ulteriore aumento di corrente ogni volta che lo si utilizza. Se qualcosa nel carico meccanico rende l'operazione un po 'più lenta del normale, questo aumento durerà più a lungo e potrebbe potenzialmente far saltare il fusibile.

Questo è il motivo per cui i fusibili a combustione lenta vengono normalmente utilizzati con carichi che presentano picchi di avvio. È anche il motivo per cui è necessario utilizzare un'uscita PLC classificata per gestire l'impennata.

Fuse Design

Guardando questa scheda tecnica per i fusibili rapidi 5x20mm di ESKA, in basso trovate una tabella con "limiti di tempo di pre-arco". Per un fusibile da 500 mA, si afferma:

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

Quindi, è completamente entro le specifiche (di questo fusibile) che non si brucia a 530 mA entro 20 minuti.

Invecchiamento fusibile in condizioni costanti

Dall'altro lato, è strano che il fusibile abbia DID saltato. Una volta abbiamo visto lo stesso strano comportamento e fatto un test. Avevamo quattro fusibili da 1A in serie, ciascuno con un diodo in parallelo. Questo è stato collegato a una sorgente di corrente costante di 1A e la caduta di tensione su ciascun fusibile è stata monitorata. Finché i fusibili erano OK, la caduta di tensione era di gran lunga inferiore a 0,7 V e tutta la corrente passava attraverso i fusibili. Un fusibile bruciato sarebbe indicato da una caduta di tensione di circa 0,7 V:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Abbiamo messo cinque di questi set dotati di fusibili di diversi produttori e lotti in un forno con una temperatura costante di 85 ° C per aggiungere un po 'di stress e abbiamo ottenuto questo risultato piuttosto interessante:

Tutti i fusibili hanno iniziato a "invecchiare" immediatamente, come mostra la caduta di tensione che aumenta lentamente.

• Il set 1 presenta un'elevata diffusione della caduta di tensione e il primo fusibile inizia ad aumentare la caduta di tensione al giorno 10 e alla fine si è interrotto 15 giorni dopo (!)
• Il set 3 è un batch diverso dello stesso produttore. Ci è voluto più tempo, ma il risultato è lo stesso.
• Il set 4 è iniziato con una caduta di tensione elevata, ma sembrava stabilizzarsi da qualche parte.
• Il set 2 inizia con una caduta bassa e la pendenza inizia ad aumentare al giorno ~ 25-30
• Il set 5 ha una piccola caduta di tensione superiore e una diffusione della parte veramente piccola, ma anche qui la pendenza inizia ad aumentare molto lentamente intorno al giorno 30. Il prezzo di questi fusibili è 3 volte il prezzo del set 1 e 3 ...

(Ho i dati per un periodo più lungo, ma devo cercarli)

Ecco anche una foto delle micce:

Da sinistra a destra:

• Nuovo e inutilizzato
• Dopo un po 'di tempo in uno dei nostri dispositivi che spesso hanno bruciato le micce, ha già un leggero tono giallo.
• Fusibile ancora funzionante, molta ossidazione nera visibile
• miccia bruciata, sembra che sia scoppiata relativamente velocemente.
• Un'altra miccia accesa. Sembra che ci sia voluto davvero tanto per esplodere.

Fondere l'invecchiamento commutando i carichi

Il filo del fusibile si surriscalda e si espande quando la corrente scorre. Ad alte temperature, può verificarsi ossidazione, che indebolisce meccanicamente il filo e può anche essere elettricamente. Accendere / spegnere un carico significa che il filo viene piegato ogni volta. Questo stress può causare un fusibile bruciato ad un certo punto anche quando la corrente non ha mai superato la soglia.

Design del circuito errato

Naturalmente, mentre stai scrivendo di un solenoide, è possibile che ci siano impulsi brevi ma grandi attraverso il fusibile che danneggeranno anche nel tempo.

Raccomandazione

Un fusibile di solito non è lì per proteggere il dispositivo in primo luogo, ma per proteggere la fonte o per evitare ulteriori danni, ad esempio da un incendio.

I produttori hanno detto che sarebbe meglio usare un fusibile valutato per 1,5-2 volte il massimo. corrente prevista, anche se un fusibile con valore nominale troppo elevato potrebbe non bruciarsi quando dovrebbe.

Tuttavia, l'invecchiamento si verifica ancora e le micce saltano di tanto in tanto senza motivo (esterno).

Ho visto fondere le curve fondendo il tempo con la corrente e quelle curve NON vanno all'infinito. L'infinito non esiste sui grafici. Invece, con correnti leggermente al di sotto o al di sotto del valore nominale, il tempo passerà ad un numero elevato di ore, diciamo da 1000 a 10.000. E se la corrente non è "accesa" in ogni momento, come probabilmente nel tuo caso, 3 anni è un tempo "lungo" ragionevole per sciogliersi.

Un altro modo di vedere questo: una miccia è come una lampadina, il vecchio tipo con un filamento caldo. Anche se molto caldo, ci vogliono ancora circa 1000 ore incredibili per sciogliersi. E anche a sottotensione, bruciando più in basso, non si illuminerà "per sempre".

Per sostenere il mio argomento, ecco un diagramma temporale dei fusibili arbitrario , trovato con google. Mostra una linea retta su scala logaritmica per 5 decenni, da 0,01 sa 1000 s. Da 1000 secondi a 3 anni sono altri 5 decenni.

Ancora un altro argomento: ho visto bruciare micce dopo 25 anni di servizio. Una volta, intorno al 2010, ho sostituito una miccia accesa della famiglia mentre ero in Iran solo per scoprire una moneta di prima della Rivoluzione (1979)! (Non lo sto inventando) Senza un apparente sovraccarico o corto circuito.

È un'idea sbagliata comune che un fusibile dovrebbe fondere immediatamente ("colpo") alla sua corrente nominale.

Un fusibile viene utilizzato per proteggere il cablaggio dal provocare un incendio in caso di correnti eccessive e / o per proteggere dall'elettrocuzione in caso di guasto dell'isolamento. Un fusibile può funzionare in combinazione con la messa a terra, causando un'elevata corrente di cortocircuito in caso di un guasto di isolamento minore. Nel caso ottimale, il fusibile si brucerà molto velocemente a causa dell'elevata corrente di corto circuito.

È noto che i fusibili sono difficili da classificare per proteggere dal surriscaldamento del cablaggio in caso di correnti leggermente più alte del previsto. Ecco perché gli ingegneri elettrici hanno bisogno di quei complicati grafici dei fusibili.

Guardando quei grafici (ad es. Vedi la mia altra risposta) vedrai che un fusibile con valore nominale di 100 A impiegherà diversi secondi per fondersi a una corrente di 10 volte quel valore. Questo spiegherà la tua domanda sul perché il fusibile di 500 mA "non si brucia" con un carico di 530 mA. No, non esploderà in una volta, ma potrebbe / si fonderà in un secondo momento. Un fusibile di X Ampere non è di per sé molto utile per un carico che assorbe nominalmente X Ampere. Ad esempio a casa mia potrei accendere una lampada di 10 Watt, mentre l'installazione è fusa con 16 Ampere (a 230 Volt CA).