مواد سلك المقاوم

خصائص ومواد العناصر المصهرة

يجب أن تتمتع المواد المختارة للعناصر المصهرة ب набор определенных свойств. يجب أن يكون لها نقطة انصهار منخفضة، مما يضمن أن المصهر سيذوب بسرعة عند مرور تيار زائد عبره، وبالتالي قطع الدائرة وحماية النظام الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تظهر هذه المواد خسارة أومية منخفضة لتقليل استهلاك الطاقة أثناء التشغيل العادي. تعتبر الموصلية الكهربائية العالية (مكافئة لمقاومة منخفضة) ضرورية لتدفق التيار بكفاءة دون إحداث انخفاضات جهد كبيرة. الكفاءة الاقتصادية هي عامل آخر حاسم، حيث يتم استخدام المصاهر بكميات كبيرة في مختلف التطبيقات الكهربائية. علاوة على ذلك، يجب أن تكون المادة خالية من أي خصائص قد تؤدي إلى التدهور أو الفشل مع مرور الوقت، مما يضمن الأداء الموثوق.

عادةً ما يتم تصنيع العناصر المصهرة من مواد ذات نقطة انصهار منخفضة، مثل القصدير والرصاص أو الزنك. بينما هذه المعادن معروفة بنقطة الانصهار المنخفضة، من المهم ملاحظة أن بعض المعادن ذات المقاومة النوعية العالية يمكن أن توفر أيضًا نقطة انصهار منخفضة، كما هو موضح في الجدول أدناه. توفر هذه المواد توازنًا بين القدرة على الذوبان بسرعة تحت ظروف العطل والحاجة إلى الحفاظ على الأداء الكهربائي القابل للقبول أثناء التشغيل العادي.

مواد العناصر المصهرة: الخصائص والتطبيقات والتوازنات

تشمل المواد الشائعة المستخدمة للعناصر المصهرة القصدير والرصاص والفضة والنحاس والزنك والألومنيوم وسبائك الرصاص والقصدير. لكل مادة خصائص مميزة تجعلها مناسبة لتطبيقات معينة داخل الدوائر الكهربائية.

تستخدم سبيكة الرصاص والقصدير عادةً للمصاهر ذات التقييمات الصغيرة للتيار. ومع ذلك، عندما يتجاوز التيار 15 أمبيرًا، تصبح هذه السبيكة أقل عملية. بالنسبة للتطبيقات ذات التيار العالي، يتطلب استخدام سبيكة الرصاص والقصدير أسلاك مصاهر بقطر أكبر. وبالتالي، عندما يذوب المصهر، يتم إطلاق كمية كبيرة من المعادن الذائبة، مما يمكن أن يشكل مخاطر أمان وقد يؤدي أيضًا إلى تلف أكثر شمولاً للأجزاء المحيطة.

بالنسبة للدوائر ذات التقييمات التي تتجاوز 15 أمبيرًا، غالبًا ما تكون أسلاك المصاهر النحاسية الخيار المفضل. رغم استخدامه الواسع، فإن النحاس له بعض العيوب البارزة. لتحقيق عامل تصهر منخفض نسبيًا (نسبة التيار الأدنى للتصهر إلى التيار المحدد)، تميل أسلاك المصاهر النحاسية إلى العمل في درجات حرارة عالية نسبيًا. يمكن لهذه الحرارة المرتفعة أن تسبب زيادة درجة حرارة السلك مع مرور الوقت. نتيجة لذلك، يتناقص مقطع السلك بشكل تدريجي، ويقل التيار الذي يؤدي إلى الذوبان. هذا الظاهرة تزيد من احتمال الذوبان المبكر، مما قد يؤدي إلى قطع غير ضروري للدائرة وإخلال بالخدمة الكهربائية.

من ناحية أخرى، يقدم الفضة العديد من المزايا كمادة للعنصر المصهر. أحد فوائدها الرئيسية هو مقاومتها للتآكل؛ لا يشكل الفضة أكاسيد مستقرة بسهولة. حتى إذا تشكل طبقة رقيقة من الأكسيد، فهي غير مستقرة وتتحلل بسهولة. تضمن هذه الخاصية أن تبقى الموصلية الكهربائية للفضة غير متأثرة بالتآكل، مما يحافظ على الأداء الكهربائي الثابت طوال فترة الخدمة. بالإضافة إلى ذلك، بسبب موصليتها الكهربائية العالية، يتم تقليل كمية المعادن الذائبة التي تنتج عند تشغيل المصهر. يساعد هذا التقليل في كمية المعادن الذائبة على تشغيل المصهر بشكل أسرع، مما يسمح له بقطع الدائرة بشكل أسرع في حالة حدوث تيار زائد. ومع ذلك، فإن تكلفة الفضة العالية مقارنة بمعادن أخرى مثل النحاس أو سبيكة الرصاص والقصدير تحد من استخدامها الواسع. في معظم التطبيقات العملية، حيث تعتبر الكفاءة الاقتصادية عاملاً مهمًا، يتم استخدام النحاس أو سبائك الرصاص والقصدير بشكل أكثر شيوعًا كأسلاك مصاهر.

يُستخدم الزنك كعنصر مصهر عادةً على شكل شريط. هذا لأن الزنك لا يذوب بسرعة تحت ظروف الحمل الزائد الصغيرة. سلوك ذوبانه البطيء نسبيًا يوفر درجة من التحمل للكهرباء المؤقتة أو التيار الزائد البسيط، مما يمنع تشغيل المصهر غير الضروري ويقلل من احتمال القطع الخاطئ في الدوائر الكهربائية.