الفيوز (الكهربائي)

الحد الأقصى للتيار الذي يمكن أن يمرره المصهر بشكل مستمر دون انقطاع الدائرة.

تعتمد سرعة احتراق الفيوز على مقدار التيار المار فيه ومادة صنعه. ويمكن للمصنعين توفير رسم بياني للتيار مقابل الزمن، غالباً ما يُرسم على مقياس لوغاريتمي، لتوصيف الجهاز ومقارنته بخصائص أجهزة الحماية الموجودة قبل الفيوز وبعده.

لا يُعدّ زمن التشغيل فترةً ثابتة، بل يتناقص مع ازدياد التيار. صُممت المصهرات لتتمتع بخصائص محددة لزمن التشغيل مقارنةً بالتيار. قد يحتاج المصهر القياسي إلى ضعف تياره المقنن ليفتح في ثانية واحدة، وقد يحتاج المصهر سريع الاحتراق إلى ضعف تياره المقنن ليحترق في 0.1 ثانية، بينما قد يحتاج المصهر بطيء الاحتراق إلى ضعف تياره المقنن لعشرات الثواني ليحترق.

يعتمد اختيار المصهر على خصائص الحمل. قد تستخدم أشباه الموصلات مصهرًا سريعًا أو فائق السرعة، نظرًا لارتفاع درجة حرارتها بسرعة عند مرور تيار زائد. صُممت المصهرات الأسرع احتراقًا للأجهزة الكهربائية الأكثر حساسية، حيث قد يؤدي حتى التعرض لفترة وجيزة لتيار زائد إلى تلفها. تُعد المصهرات العادية سريعة الاحتراق الأكثر استخدامًا. أما مصهر التأخير الزمني (المعروف أيضًا باسم مصهر الحماية من زيادة التيار أو مصهر الاحتراق البطيء ) فهو مصمم للسماح بمرور تيار أعلى من القيمة المقدرة للمصهر لفترة قصيرة دون احتراقه. تُستخدم هذه الأنواع من المصهرات في أجهزة مثل المحركات، التي قد تسحب تيارات أعلى من المعتاد لعدة ثوانٍ أثناء تسارعها.

يرتبط تصنيف I²t بكمية الطاقة التي يمررها عنصر المصهر عند فصل العطل الكهربائي. يُستخدم هذا المصطلح عادةً في حالات قصر الدائرة، وتُستخدم قيمه لإجراء دراسات التنسيق في الشبكات الكهربائية. تُقدم معلمات I²t في جداول بيانات الشركة المصنعة لكل فئة من فئات المصهرات. ولتنسيق عمل المصهر مع الأجهزة في اتجاه التيار أو اتجاهه، يتم تحديد كل من I²t للانصهار ^و I²t للفصل. يتناسب I²t للانصهار ^{مع كمية} الطاقة ^{اللازمة لبدء} انصهار عنصر المصهر. ويتناسب ^I²t للفصل مع إجمالي الطاقة التي يمررها المصهر عند فصل العطل. تعتمد الطاقة بشكل أساسي على التيار والزمن بالنسبة للمصهرات، بالإضافة إلى مستوى العطل المتاح وجهد النظام. وبما أن تصنيف ^I²t للمصهر يتناسب مع الطاقة التي يمررها، فهو يُعد مقياسًا للضرر الحراري الناتج عن الحرارة والقوى المغناطيسية التي ستنتج عن طرف العطل.

قدرة القطع هي أقصى تيار يمكن للفيوز قطعه بأمان. يجب أن تكون هذه القدرة أعلى من تيار قصر الدائرة المتوقع . قد لا تتجاوز قدرة القطع للفيوزات الصغيرة عشرة أضعاف تيارها المقنن. تُصنّف الفيوزات المستخدمة في أنظمة الأسلاك الصغيرة ذات الجهد المنخفض ، والتي تُستخدم عادةً في المنازل، في أمريكا الشمالية بقدرة قطع تصل إلى 10,000 أمبير. أما الفيوزات المستخدمة في أنظمة الطاقة التجارية أو الصناعية، فيجب أن تتمتع بقدرات قطع أعلى، حيث تُصنّف بعض الفيوزات ذات قدرة القطع العالية والمحددة للتيار في أنظمة الجهد المنخفض بقدرة تصل إلى 300,000 أمبير. تُصنّف الفيوزات المستخدمة في المعدات ذات الجهد العالي، حتى 115,000 فولت، بناءً على إجمالي القدرة الظاهرية (ميغا فولت أمبير، MVA ) لمستوى العطل في الدائرة.

تُصنف بعض الصمامات على أنها ذات قدرة عالية على التمزق (HRC) أو قدرة عالية على الكسر (HBC) ^{[ 6 ]} وعادة ما تُملأ بالرمل أو مادة مماثلة. ^{[ 7 ]}

تُستخدم مصهرات الجهد المنخفض ذات قدرة القطع العالية (HRC) في لوحات التوزيع الرئيسية في شبكات الجهد المنخفض حيث يكون تيار قصر الدائرة المحتمل مرتفعًا. وهي عادةً أكبر حجمًا من المصهرات اللولبية، ولها غطاء حلقي أو موصلات شفرية. قد تصل قدرة مصهرات القطع العالية إلى قطع تيار يصل إلى 120 كيلو أمبير.

تُستخدم صمامات HRC على نطاق واسع في المنشآت الصناعية، كما تُستخدم أيضًا في شبكة الطاقة العامة، على سبيل المثال في محطات المحولات، ولوحات التوزيع الرئيسية، أو في صناديق توصيل المباني، وكصمامات عدادات.

في بعض البلدان، ونظرًا لارتفاع تيار العطل المتاح عند استخدام هذه المصهرات، قد تسمح اللوائح المحلية فقط للأفراد المدربين بتغييرها. وتتضمن بعض أنواع مصهرات التيار العالي المقاومة للتيار العالي خصائص معالجة خاصة.

يجب أن يكون جهد المصهر مساويًا أو أكبر من جهد الدائرة المفتوحة. على سبيل المثال، لن يقطع مصهر أنبوب زجاجي بجهد 32 فولت التيار بشكل موثوق من مصدر جهد 120 أو 230  فولت. إذا  حاول مصهر 32 فولت قطع مصدر جهد 120 أو 230 فولت، فقد ينتج عن ذلك قوس كهربائي . قد يستمر البلازما داخل الأنبوب الزجاجي في توصيل التيار حتى يتناقص التيار إلى الحد الذي يصبح فيه البلازما غازًا غير موصل. يجب أن يكون الجهد المقنن أعلى من أقصى جهد مصدر يجب فصله. لا يؤدي توصيل المصهرات على التوالي إلى زيادة الجهد المقنن للمجموعة، ولا لأي مصهر منفرد.

لا تُستخدم المصهرات متوسطة الجهد المصممة لتحمل بضعة آلاف من الفولتات في دوائر الجهد المنخفض، وذلك بسبب تكلفتها ولأنها لا تستطيع فصل الدائرة بشكل صحيح عند التشغيل بفولتيات منخفضة للغاية. ^{[ 8 ]}

تسمح خراطيش الزجاج والفيوزات المزودة بقابس بالفحص المباشر للعنصر القابل للانصهار. أما الفيوزات الأخرى فلها طرق أخرى للإشارة، منها:

• دبوس الإشارة أو دبوس الضارب  - يمتد خارج غطاء المصهر عند احتراق العنصر.
• قرص الإشارة  - قرص ملون (مثبت بشكل متساوٍ في الغطاء النهائي للفيوز) يسقط عند احتراق العنصر.
• نافذة العنصر  - نافذة صغيرة مدمجة في جسم الصمام لتوفير مؤشر مرئي على احتراق العنصر.
• مؤشر الرحلة الخارجي  - وظيفة مشابهة لدبوس المطرقة، ولكن يمكن تثبيته خارجيًا (باستخدام مشابك) على مصهر متوافق.

تسمح بعض المصهرات بتثبيت مفتاح صغير أو وحدة ترحيل خاصة على جسم المصهر. عند احتراق عنصر المصهر، يمتد دبوس المؤشر لتفعيل المفتاح الصغير أو وحدة الترحيل، مما يؤدي بدوره إلى إطلاق حدث معين.

تستخدم بعض الصمامات المستخدمة في تطبيقات الجهد المتوسط ​​اثنين أو ثلاثة أسطوانات منفصلة واثنين أو ثلاثة عناصر صمام موصولة على التوازي.

تُصدر اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) المعيار 60269 الخاص بصمامات الطاقة ذات الجهد المنخفض . يتألف هذا المعيار من أربعة مجلدات، تُفصّل المتطلبات العامة، وصمامات التطبيقات الصناعية والتجارية، وصمامات التطبيقات السكنية، وصمامات حماية أشباه الموصلات. يُوحّد معيار IEC العديد من المعايير الوطنية، مما يُحسّن من إمكانية تبادل الصمامات في التجارة الدولية. تتميز جميع الصمامات ذات التقنيات المختلفة، التي خضعت لاختبارات مطابقة معايير IEC، بخصائص زمنية-تيارية متشابهة، مما يُسهّل تصميمها وصيانتها.

في الولايات المتحدة وكندا،  تُصنع المصهرات ذات الجهد المنخفض حتى 1 كيلو فولت تيار متردد وفقًا لمعيار مختبرات التأمين UL 248 أو معيار الجمعية الكندية للمعايير C22.2 رقم 248 الموحد. ينطبق هذا المعيار على المصهرات المصنفة بجهد 1  كيلو فولت أو أقل، سواءً كانت تيارًا مترددًا أو مستمرًا، وبقدرة قطع تصل إلى 200  كيلو أمبير. هذه المصهرات مُخصصة للتركيبات التي تتبع قانون الكهرباء الكندي، الجزء الأول (CEC)، أو قانون الكهرباء الوطني ، NFPA 70 (NEC).

تُعتبر قيم التيار الكهربائي القياسية للفيوزات ( وقواطع الدائرة ) في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا هي: 15، 20، 25، 30، 35، 40، 45، 50، 60، 70، 80، 90، 100، 110، 125، 150، 175، 200، 225، 250، 300، 350، 400، 450، 500، 600، 700، 800، 1000، 1200، 1600، 2000، 2500، 3000، 4000، 5000، و6000 أمبير. كما توجد قيم تيار كهربائي قياسية إضافية للفيوزات هي: 1، 3، 6، 10، و601 أمبير.

يتضمن معيار UL 248 حاليًا 19 جزءًا. يحدد الجزء UL 248-1 المتطلبات العامة للصمامات، بينما تُخصص الأجزاء اللاحقة لأحجام صمامات محددة (مثل: 248-8 للفئة J، و248-10 للفئة L)، أو لفئات صمامات ذات خصائص فريدة (مثل: 248-13 لصمامات أشباه الموصلات، و248-19 لصمامات الخلايا الكهروضوئية). تسري المتطلبات العامة (248-1) باستثناء ما تم تعديله في الجزء التكميلي (240-x). على سبيل المثال، يسمح معيار UL 248-19 بتصنيف صمامات الخلايا الكهروضوئية حتى 1500 فولت تيار مستمر، مقابل 1000 فولت وفقًا للمتطلبات العامة.

تختلف المصطلحات المستخدمة في معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) ومعايير مختبرات أندررايترز (UL) اختلافًا طفيفًا. تشير معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية إلى "الفيوز" على أنه مجموعة من وصلة قابلة للانصهار وحامل الفيوز . أما في معايير أمريكا الشمالية، فيُعتبر الفيوز هو الجزء القابل للاستبدال من المجموعة، بينما تُعتبر وصلة الفيوز عنصرًا معدنيًا مكشوفًا يُستخدم في تركيب الفيوز.

تستخدم الصمامات الكهربائية عالية القدرة عناصر قابلة للانصهار مصنوعة من الفضة أو النحاس أو القصدير لتوفير أداء مستقر ويمكن التنبؤ به. أما صمامات الطرد عالية الجهد ، فتُحيط بالوصلة القابلة للانصهار بمواد مُولِّدة للغازات، مثل حمض البوريك . عند احتراق الصمام، تتسبب حرارة القوس الكهربائي في انبعاث كميات كبيرة من الغازات من حمض البوريك. ويؤدي الضغط العالي المصاحب (غالبًا ما يزيد عن 100 ضغط جوي) وغازات التبريد إلى إخماد القوس الكهربائي الناتج بسرعة. ثم تُطرد الغازات الساخنة بشكل انفجاري من طرفي الصمام. ولا يُمكن استخدام هذه الصمامات إلا في الأماكن المفتوحة.

قد تحتوي هذه الأنواع من الصمامات على دبوس صدم لتشغيل آلية مفتاح، بحيث يتم قطع جميع المراحل الثلاث إذا انفجر أي صمام واحد.

تعني المصهرات عالية القدرة أن هذه المصهرات قادرة على قطع تيارات كهربائية تصل إلى عدة كيلو أمبير. وقد اختبر بعض المصنّعين مصهراتهم لتحمّل تيار قصر دائرة  يصل إلى 63 كيلو أمبير .

في المملكة المتحدة، تُجهز وحدات توزيع الكهرباء القديمة (المعروفة أيضًا بصناديق الفيوزات) إما بفيوزات شبه مغلقة (قابلة لإعادة التوصيل) ( BS 3036 ) أو بفيوزات خرطوشة ( BS 1361 ). (عادةً ما يُزود المستهلكون بأسلاك الفيوزات على شكل أطوال قصيرة من أسلاك مصنفة بقدرة 5  أمبير و15  أمبير و30  أمبير ملفوفة على قطعة من الورق المقوى). تحتوي وحدات التوزيع الحديثة عادةً على قواطع دوائر مصغرة (MCBs) بدلاً من الفيوزات، على الرغم من أنه لا تزال تُستخدم فيوزات الخرطوشة أحيانًا، نظرًا لأن قواطع الدوائر المصغرة في بعض التطبيقات عُرضة للفصل غير المرغوب فيه.

تسمح المصهرات القابلة للتجديد (القابلة لإعادة التوصيل أو الخرطوشة) للمستخدم باستبدالها، لكن هذا قد يكون خطيرًا نظرًا لسهولة وضع عنصر مصهر ذي تصنيف أعلى أو مصهر مزدوج (وصلة أو سلك) في الحامل ( زيادة التيار )، أو ببساطة تركيب سلك نحاسي أو حتى نوع مختلف تمامًا من الأجسام الموصلة (عملات معدنية، دبابيس شعر، مشابك ورق، مسامير، إلخ) عن الحامل الموجود. ومن أشكال إساءة استخدام صندوق المصهرات وضع قطعة نقدية في المقبس، مما يُعطّل الحماية من التيار الزائد ويؤدي إلى حالة خطيرة. لن يكون هذا التلاعب واضحًا إلا بفحص المصهر بدقة. لهذا السبب، لم يُستخدم سلك المصهر أبدًا في أمريكا الشمالية، على الرغم من استمرار تصنيع المصهرات القابلة للتجديد للوحات التوزيع.

• صناديق الفيوزات في المملكة المتحدة والفيوزات القابلة لإعادة التوصيل
• 
  صندوق فيوزات قابل لإعادة التوصيل من نوع MEM مع أربعة حوامل فيوزات قابلة لإعادة التوصيل (اثنان 30  أمبير واثنان 15  أمبير) تم تركيبه حوالي عام 1957 (تمت إزالة الغطاء).
• 
  حوامل فيوزات قابلة لإعادة التوصيل من MEM (30  أمبير و 15  أمبير)
• 
  صندوق فيوزات قياسي من Wylex مزود بثمانية حوامل فيوزات قابلة لإعادة التوصيل
• 
  سلك الفيوز كما يباع للمستهلكين في المملكة المتحدة

كانت وحدة توزيع الكهرباء القياسية من Wylex شائعة جدًا في المملكة المتحدة حتى بدأت لوائح التمديدات الكهربائية تشترط استخدام أجهزة الحماية من التيار المتبقي (RCDs) للمقابس التي قد تُغذي معدات خارج منطقة تساوي الجهد. لا يسمح تصميمها بتركيب أجهزة الحماية من التيار المتبقي (RCDs) أو قواطع الدائرة الكهربائية مع الحماية من التيار المتبقي ( RCBOs) . صُممت بعض طرازات Wylex القياسية مزودة بجهاز حماية من التيار المتبقي (RCD) بدلًا من المفتاح الرئيسي، ولكن (بالنسبة لوحدات توزيع الكهرباء التي تُغذي التركيب بأكمله) لم يعد هذا متوافقًا مع لوائح التمديدات الكهربائية ، حيث لا ينبغي حماية أنظمة الإنذار بواسطة أجهزة الحماية من التيار المتبقي (RCDs). يوجد نوعان من قواعد المصهرات التي يمكن تثبيتها في هذه الوحدات: أحدهما مُصمم لحاملات أسلاك المصهرات القابلة لإعادة التوصيل، والآخر مُصمم لحاملات مصهرات الخرطوشة. على مر السنين، صُنعت قواطع الدائرة المصغرة (MCBs) لكلا النوعين من القواعد. في كلتا الحالتين، كانت الحوامل ذات التصنيف الأعلى تحتوي على دبابيس أعرض، لذلك لا يمكن استبدال الحامل بآخر ذي تصنيف أعلى دون تغيير القاعدة أيضًا. تتوفر الآن أيضًا حوامل مصهرات الخرطوشة لعلب DIN-rail. ^{[ 12 ]}

في أمريكا الشمالية، استُخدمت المصهرات في المباني المجهزة بالأسلاك الكهربائية قبل عام ١٩٦٠. كانت هذه المصهرات ذات قاعدة إديسون تُركّب في مقبس مصهر مشابه لمقبس مصابيح إديسون المتوهجة. وكانت قيمها ٥، ١٠، ١٥، ٢٠، ٢٥، و٣٠ أمبير. ولمنع تركيب مصهرات ذات قيمة تيار زائدة، أُضيفت لاحقًا إلى صناديق المصهرات ميزات رفض في مقبس حامل المصهر، تُعرف باسم قاعدة الرفض (مصهرات من النوع S)، والتي تتميز بأقطار أصغر تختلف باختلاف قيمة المصهر. وهذا يعني أنه لا يمكن استبدال المصهرات إلا بمصهر ذي قيمة مُحددة مسبقًا (النوع S). هذا معيار أمريكي شمالي ثلاثي الدول (UL 4248–11؛ CAN/CSA-C22.2 رقم 4248.11-07 (R2012)؛ وNMX-J-009/4248/11-ANCE). يمكن تحويل لوحات توزيع الفيوزات من نوع إديسون الموجودة بسهولة لقبول فيوزات قاعدة الرفض (النوع S) فقط، وذلك عن طريق تثبيت محول مقاوم للعبث. يُثبّت هذا المحول في حامل فيوزات إديسون الموجود، ويحتوي على فتحة ملولبة أصغر قطرًا لاستيعاب فيوز النوع S المُصنّف. ^{[ 13 ]}

• 
  قاعدة إديسون (يسار) وصمامات من النوع S (يمين)
• 
  صندوق فيوزات قديم من النوع المستخدم في أمريكا الشمالية

تُصنّع بعض الشركات قواطع دوائر حرارية مصغّرة قابلة لإعادة الضبط ، تُركّب في مقبس المصهر. ^{[ 14 ] [ 15 ]} تستخدم بعض التركيبات هذه القواطع ذات قاعدة إديسون. مع ذلك، فإن أي قاطع من هذا النوع يُباع اليوم يعاني من عيب واحد. قد يُركّب في صندوق قواطع دوائر مزوّد بباب. في هذه الحالة، إذا كان الباب مغلقًا، فقد يضغط الباب على زر إعادة ضبط القاطع. في هذه الحالة، يصبح القاطع عديم الفائدة عمليًا: فهو لا يوفر أي حماية من التيار الزائد. ^{[ 16 ]}

في خمسينيات القرن العشرين، تم استبدال الصمامات المستخدمة في المباني السكنية أو الصناعية الجديدة لحماية الدوائر الفرعية بقواطع دوائر الجهد المنخفض.

تُستخدم الصمامات على نطاق واسع لحماية دوائر المحركات الكهربائية؛ ففي حالة الأحمال الزائدة الصغيرة، ستفتح دائرة حماية المحرك موصل التحكم تلقائيًا، ولن يعمل الصمام إلا في حالة حدوث دوائر قصر أو حمل زائد شديد.

تستخدم ما يُسمى بالصمامات ذاتية إعادة الضبط عنصرًا موصلًا حراريًا يُعرف باسم الثرمستور البوليمري ذي معامل درجة الحرارة الموجب (PPTC)، والذي يعيق الدائرة الكهربائية أثناء حالة زيادة التيار (عن طريق زيادة مقاومة الجهاز). يتميز الثرمستور PPTC بخاصية إعادة الضبط الذاتي، حيث يبرد عند انقطاع التيار ويعود إلى مقاومة منخفضة. تُستخدم هذه الأجهزة غالبًا في تطبيقات الفضاء والطيران/الطاقة النووية حيث يصعب استبدالها، أو على اللوحة الأم للحاسوب لمنع تلفها في حال حدوث تماس كهربائي في الفأرة أو لوحة المفاتيح.

يُستخدم الصمام الحراري عادةً في الأجهزة الاستهلاكية مثل آلات صنع القهوة ومجففات الشعر والمحولات الكهربائية التي تُشغل الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية الصغيرة. يحتوي هذا الصمام على مادة قابلة للانصهار وحساسة للحرارة، تُبقي آلية التلامس الزنبركية مغلقة في الوضع الطبيعي. عندما ترتفع درجة الحرارة المحيطة بشكل كبير، تنصهر المادة وتسمح لآلية التلامس الزنبركية بقطع الدائرة الكهربائية. يُمكن استخدام هذا الجهاز لمنع نشوب حريق في مجفف الشعر، على سبيل المثال، عن طريق قطع التيار الكهربائي عن عناصر التسخين عند انقطاع تدفق الهواء (مثل توقف محرك المروحة أو انسداد مدخل الهواء عن طريق الخطأ). الصمامات الحرارية هي أجهزة "للاستخدام لمرة واحدة" وغير قابلة لإعادة الضبط، ويجب استبدالها بمجرد تفعيلها (احتراقها).

يُشبه مُحدد التيار في الكابلات المصهر، ولكنه مُصمم لحماية كابلات الطاقة ذات الجهد المنخفض فقط. يُستخدم، على سبيل المثال، في الشبكات التي قد تُستخدم فيها كابلات متعددة بالتوازي. لا يُقصد به توفير الحماية من الحمل الزائد، بل حماية الكابل المُعرض لدائرة قصر. تُطابق خصائص المُحدد حجم الكابل بحيث يُزيل المُحدد العطل قبل تلف عازل الكابل. ^{[ 17 ]}