Warum ist meine Sicherung nach mehr als 3 Jahren ohne Probleme durchgebrannt?

Seit einigen Jahren habe ich eine Magnetspule an den 24 -V-Gleichstromausgang einer SPS angeschlossen (Rockewell Automation 1769-OB16 ).

Zum Schutz der SPS-Ausgangskarte wurde zwischen SPS und Magnet eine flinke 500-mA-Sicherung installiert. Die Sicherung hat lange ohne Probleme funktioniert.

Vor kurzem ist diese Sicherung durchgebrannt. Es gab keine Änderung in der Leitung, keine ungewöhnliche oder übermäßige Verwendung des Elektromagneten und nichts Außergewöhnliches. Es hat nur geblasen. Ich habe die Sicherung durch eine identische ersetzt, und der Elektromagnet funktioniert genauso gut wie vor dem Durchbrennen der Sicherung.

Ich habe den Strom gemessen, um herauszufinden, warum er durchgebrannt ist, und festgestellt, dass der Elektromagnet tatsächlich 530 mA zieht. Ich ließ das Solenoid über 20 Minuten lang so weit ziehen, und die Sicherung hielt.

Warum löst die Sicherung nicht aus, obwohl die Last mehr zieht, als für die Sicherung ausgelegt ist? Und warum sollte es erst jetzt, nach mehr als 3 Jahren und nicht früher, explodieren?

Die Nennleistung einer Sicherung ist die Strommenge, die sie unbegrenzt ohne Durchbrennen führt. Um dies zu gewährleisten, lösen die meisten Sicherungen erst dann aus, wenn der Strom mindestens das 2-fache ihrer Nennleistung erreicht. Wenn Sie sich das Datenblatt für eine Sicherung ansehen, wird in der Regel eine Tabelle angezeigt, die die Zeit bis zum Durchbrennen mit der prozentualen (Über-) Last in Beziehung setzt. Die meisten dieser Charts haben eine unendliche Zeitspanne, um irgendwo in der Nähe von 200% Last zu blasen.

Wenn Sie die aktuelle Nennleistung der Sicherung zwischen 1 × und 2 × durchsetzen, befinden Sie sich in einem grauen Bereich, in dem sie möglicherweise durchbrennt oder nicht, oder sie wird mit der Zeit nur schwächer und führt schließlich zu einem untere Schwelle zum Blasen.

Es gibt noch andere Besonderheiten für Magnetspulen, die ebenfalls zu einem solchen Ausfall führen können. Vereinfacht kann man sich einen Elektromagneten als Induktor vorstellen, und sein Gleichstromwiderstand begrenzt den Dauerstrom. Wenn sich der Kolben jedoch tatsächlich bewegt, ändert sich die Induktivität, und dies erzeugt bei jeder Betätigung einen zusätzlichen Stromstoß. Wenn etwas in der mechanischen Last dazu führt, dass der Betrieb etwas langsamer als normal ist, hält dieser Stoß länger an und kann möglicherweise Ihre Sicherung durchbrennen.

Aus diesem Grund werden träge Sicherungen normalerweise bei Lasten mit Anlaufspitzen verwendet. Aus diesem Grund sollten Sie auch einen SPS-Ausgang verwenden, der für den Umgang mit Spannungsspitzen ausgelegt ist.

Sicherungsdesign

Wenn Sie sich dieses Datenblatt für schnelle 5x20-mm-Sicherungen von ESKA ansehen, finden Sie unten eine Tabelle mit "Zeitlimits für die Vorzündung". Für eine 500-mA-Sicherung gilt:

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

Es entspricht also vollständig den Spezifikationen (dieser Sicherung), dass sie nicht innerhalb von 20 Minuten bei 530 mA durchbrennt.

Sicherungsalterung unter konstanten Bedingungen

Auf der anderen Seite ist es seltsam, dass die Sicherung durchgebrannt ist. Wir haben einmal dasselbe seltsame Verhalten gesehen und einen Test durchgeführt. Wir hatten vier 1A-Sicherungen in Reihe, jede mit einer Diode parallel. Dies wurde an eine Konstantstromquelle von 1A angeschlossen, und der Spannungsabfall über jeder Sicherung wurde überwacht. Solange die Sicherungen in Ordnung waren, lag der Spannungsabfall weit unter 0,7 V, und der gesamte Strom floss durch die Sicherungen. Eine durchgebrannte Sicherung würde durch einen Spannungsabfall von etwa 0,7 V angezeigt:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Wir haben fünf dieser Sets, die mit Sicherungen verschiedener Hersteller und Chargen ausgestattet sind, in einen Ofen mit einer konstanten Temperatur von 85 ° C gegeben, um die Belastung zu erhöhen. Das Ergebnis ist sehr interessant:

Alle Sicherungen begannen sofort zu "altern", wie der langsam ansteigende Spannungsabfall zeigt.

• Satz 1 weist einen starken Spannungsabfall auf und die erste Sicherung erhöht den Spannungsabfall am 10. Tag und löst 15 Tage später aus (!)
• Set 3 ist eine andere Charge des gleichen Herstellers. Es hat länger gedauert, aber das Ergebnis ist das gleiche.
• Satz 4 begann mit einem hohen Spannungsabfall, schien sich aber irgendwo niederzulassen.
• Satz 2 beginnt mit einem geringen Abfall und die Steigung beginnt am Tag ~ 25-30 anzusteigen
• Satz 5 hat einen überlegenen kleinen Spannungsabfall und eine sehr kleine Teilespreizung, aber selbst hier beginnt die Steigung um Tag 30 sehr langsam anzusteigen. Der Preis für diese Sicherungen beträgt das 3-fache des Preises von Satz 1 und 3 ...

(Ich habe Daten für einen längeren Zeitraum, muss sie aber durchsuchen.)

Hier ist auch ein Bild der Sicherungen:

Von links nach rechts:

• Neu und unbenutzt
• Nach einiger Zeit in einem unserer Geräte, die oft Sicherungen durchgebrannt, hat bereits einen leichten Gelbton.
• Noch funktionierende Sicherung, viel schwarze Oxidation sichtbar
• Sicherung durchgebrannt, scheint relativ schnell durchgebrannt zu sein.
• Eine weitere durchgebrannte Sicherung. Es hat anscheinend looooooooong gedauert, um zu blasen.

Sicherungsalterung durch Lastschalten

Der Sicherungsdraht wird heiß und dehnt sich aus, wenn Strom fließt. Bei hohen Temperaturen kann eine Oxidation auftreten, die den Draht mechanisch und möglicherweise auch elektrisch schwächt. Das Ein- und Ausschalten einer Last bedeutet, dass der Draht jedes Mal gebogen wird. Diese Beanspruchung kann zu einem bestimmten Zeitpunkt zu einer durchgebrannten Sicherung führen, selbst wenn der Strom nie den Schwellenwert überschreitet.

Schlechtes Schaltungsdesign

Wenn Sie über einen Elektromagneten schreiben, ist es natürlich möglich, dass die Sicherung kurze, aber große Impulse aufweist, die sie im Laufe der Zeit ebenfalls beschädigen.

Empfehlung

Eine Sicherung dient in der Regel nicht dazu, das Gerät an erster Stelle zu schützen, sondern um die Quelle zu schützen oder weitere Schäden, z. B. durch einen Brand, zu vermeiden.

Die Hersteller sagten, es wäre am besten, eine Sicherung zu verwenden, die für das 1,5-2-fache der max. Erwarteter Strom, obwohl eine Sicherung mit zu hohem Nennwert möglicherweise nicht auslöst, wenn dies erforderlich ist.

Die Alterung bleibt jedoch bestehen und die Sicherungen lösen von Zeit zu Zeit ohne (externen) Grund aus.

Ich habe Schmelzkurven mit der Zeit gegen den Strom gesehen, und diese Kurven gehen NICHT in die Unendlichkeit. Infinity existiert in Graphen nicht. Stattdessen wird die Zeit bei Strömen um oder unter dem Nennwert eine große Anzahl von Stunden erreichen, beispielsweise 1000 bis 10.000. Und wenn der Strom nicht immer "an" ist, wie in Ihrem Fall wahrscheinlich, sind 3 Jahre eine vernünftige "lange" Zeit zum Schmelzen.

Eine andere Sichtweise: Eine Sicherung ist wie eine Glühbirne, der alte Typ mit einem heißen Faden. Obwohl es sehr heiß ist, dauert das Schmelzen immer noch erstaunliche 1000 Stunden. Und selbst bei niedrigerer Spannung wird es nicht für immer leuchten.

Um mein Argument zu untermauern, ist hier ein beliebiges Sicherungszeitdiagramm , das mit Google gefunden wurde. Es zeigt eine ziemlich gerade Linie auf logarithmischer Skala über 5 Jahrzehnte von 0,01 s bis 1000 s. 1000 s bis 3 Jahre sind weitere 5 Jahrzehnte.

Als weiteres Argument: Ich habe gesehen, wie nach 25 Betriebsjahren Sicherungen durchgebrannt sind. Einmal, ungefähr 2010, ersetzte ich im Iran eine durchgebrannte Haushaltssicherung, nur um eine Münze aus der Zeit vor der Revolution (1979) zu entdecken! (Ich mache das nicht nach) Ohne offensichtliche Überlastung oder Kurzschluss.

Es ist ein weit verbreitetes Missverständnis, dass eine Sicherung bei ihrem Nennstrom sofort schmelzen ("durchbrennen") soll.

Eine Sicherung schützt Ihre Verkabelung vor einem Brand bei zu hohen Strömen und / oder vor einem Stromschlag bei einem Isolationsfehler. Eine Sicherung kann in Verbindung mit der Erdung funktionieren und bei einem geringfügigen Isolationsfehler einen hohen Kurzschlussstrom verursachen. Im optimalen Fall löst die Sicherung aufgrund des hohen Kurzschlussstroms sehr schnell aus.

Es ist bekannt, dass es schwierig ist, Sicherungen zu bewerten, um Ihre Verkabelung vor Überhitzung zu schützen, wenn die Ströme nur geringfügig höher sind als vorgesehen. Aus diesem Grund benötigen Elektrotechniker diese komplizierten Sicherungsdiagramme.

Wenn Sie sich diese Graphen ansehen (siehe z. B. meine andere Antwort), werden Sie feststellen, dass eine Sicherung mit einem Nennstrom von 100 A mehrere Sekunden benötigt, um bei einem Strom, der zehnmal so hoch ist, zu schmelzen. Dies erklärt Ihre Frage, warum Ihre Sicherung mit 500 mA bei einer Last von 530 mA nicht durchbrennt. Nein, es wird nicht sofort blasen, sondern kann / wird zu einem späteren Zeitpunkt verschmelzen. Eine Sicherung mit X Ampere ist für sich genommen für eine Last, die nominell X Ampere verbraucht, nicht sehr nützlich. ZB in meinem Haus könnte ich eine Lampe von 10 Watt einschalten, während die Installation mit 16 Ampere (bei 230 Volt AC) abgesichert ist.