تحلیل جامع عملکرد، پیری حرارتی و چالش های قطع جریان مستقیم در فیوزهای فشنگی با تاکید بر بهینه سازی ماسه ی پرکننده و مدل سازی چندفیزیکی

فیوزهای فشنگی به عنوان یکی از تجهیزات حیاتی حفاظتی در سیستم های توزیع انرژی الکتریکی و تاسیسات صنعتی، با وجود قدمت طولانی همچنان با چالش های اساسی در کاربردهای مدرن از جمله شبکه های با تولید پراکنده، سیستم های فتوولتائیک نیروگاهی و خودروهای برقی مواجه هستند. این مقاله به بررسی جامع مبانی نظری، ساختار فیزیکی لوله ی سرامیکی، عناصر فیوز حلقوی و چندشاخه، نقش ماسه ی سیلیسی با دانه بندی کنترل شده در خاموشی قوس و معادلات حاکم بر انتقال حرارت گذرا می پردازد. داده های تجربی گردآوری شده از پژوهش های معتبر نشان می دهد که حداکثر ولتاژ قطع ایمن فیوزهای فشنگی معمولی حدود ۶۵۰ ولت مستقیم است و در ولتاژهای بالاتر از ۷۵۰ ولت، خطر عدم خاموشی قوس به بیش از ۵۰ درصد می رسد. همچنین تحلیل داده های پیری حرارتی در یک مطالعه ی هشت ساله حاکی از افزایش ۴۲ درصدی مقاومت سرد و بروز عملکرد نابهنگام در ۱۶ درصد فیوزهاست. پراکندگی ۳۰ درصدی زمان عملکرد در جریان های نزدیک به نامی، طراحی سیستم های حفاظتی دقیق را با دشواری روبه رو می کند. استفاده از نانوذرات اکسید روی و ترکیبات دوگانه اکسید آهن با کربنات کلسیم در ماسه به ترتیب باعث افزایش ولتاژ قوس تا ۳۸ درصد و کاهش ۴۳ درصدی زمان خاموشی شده است اما پایداری طولانی مدت این مواد نیازمند پژوهش های تکمیلی است. نسبت ولتاژ قوس به ولتاژ سیستم باید حداقل ۲.۵ باشد و هماهنگی انتخابی در جریان های اتصال کوتاه بالاتر از ۲۰ کیلوآمپر عملا غیرممکن است. در نهایت مشخص شد که دانش فعلی بیش از آنکه مبتنی بر مدل های تحلیلی دقیق باشد به نتایج تجربی متکی است.

کلیدواژه ها:

فیوز فشنگی ، فیوز کارتریجی ، قوس الکتریکی ، ماسه سیلیسی ، جریان مستقیم ولتاژ بالا ، پیری حرارتی ، مدل سازی چندفیزیکی ، هماهنگی انتخابی