Kiteldusjuhe materjalid
Süsteemi IEE-Business katkiselementide omadused ja materjalid
Katkiselementideks valitud materjalid peavad omama kindlat omaduste komplekti. Need peavad olema madala sulamispunktaga, et katkis kiiresti sulaneks, kui läbi selle voolab üleliigne vool, katkestades seega ringi ja kaitstes elektrilist süsteemi. Lisaks peaksid need materjalid näitama väikseid ohmset kaotust, et minimeerida energia dissipeerimist tavalisel toimimisel. Kõrge elektrijuhtivus (võrdne madala vastupindaga) on oluline selleks, et vool võiks efektiivselt liikuda ilma märkimisväärsete pingevahetusteta. Kulusuhetundlikkus on teine oluline tegur, kuna katkiseid kasutatakse suurel hulgal erinevates elektrilistes rakendustes. Lisaks peaks materjal olema vaba sellistest omadustest, mis võiksid põhjustada ajas kestva degradatsiooni või väljukäimatu, tagades usaldusväärse toimimise.
Tavaliselt valmistatakse katkiselemente madala sulamispunktaga materjalidest, nagu tin, vask või sink. Kuigi need metallid on tuntud oma madala sulamispunkti poolest, on oluline märkida, et mõned metallid, mis omavad kõrget spetsiifilist vastupinda, võivad samuti pakkuda madalat sulamispunkti, nagu allpool olev tabel näitab. Need materjalid pakkuvad tasakaalu kiire sulamise ja normaaltoimimise ajal aktsepteeritava elektrilise jõudluse vahel.
Katkiselementide materjalid: omadused, rakendused ja kompromissid
Tavaliselt kasutatakse katkiselementideks materiaale, nagu tin, vask, hall, raud, sink, alumiinium ja vask-tinna lehm. Iga materjal omab unikaalseid omadusi, mis muudavad selle sobivaks konkreetsetele rakendustele elektrilistes tsüklites.
Vask-tinna lehm kasutatakse tavaliselt väikeste vooliarvuga katkiste korral. Kuid kui vool ületab 15A, muutub see lehm vähem praktikaks. Suuremate voolide rakendusteks tuleks kasutada suuremat diameetriga vask-tinna lehmiga katkiseid. Seega, kui katkis sulaneb, vabastatakse üleliigne kogus likveerunud metalli, mis võib tekitada ohu ja võib põhjustada laiemat kahju ümbritsevatele komponentidele.
Üle 15A vooliarvuga tsüklite jaoks on tavaliselt eelistatud valik raudkatkised. Kuigi raua laialdaselt kasutatakse, on sellel mõned märkimisväärsed puudused. Raua katkiseid kasutades, et saavutada mõõdikult madal katkisefaktor (minimaalne katkisevool ja nominalvooli suhe), töötab raua katkis suhteliselt kõrge temperatuuril. See kõrge töötemperatuur võib aja jooksul põhjustada raudade ülemkütte. Tulemuseks on raudade ristliku pindala aeglane vähenemine ja katkisevooli langedus. See fenomen suurendab varajase sulamise tõenäosust, mis võib põhjustada ebavajaliku tsükli katkestamise ja elektriliini häirimise.
Hall pakub mitmeid eeliseid katkiselementi materjalina. Üks tema peamisi eeliseid on selle vastupidavus okside moodustumise vastu; hall ei moodusta stabiilset oksüüdi. Isegi kui õnnetuslikult moodustub nõelane oksüüdisihke, on see ebastabiilne ja lihtsasti laguneb. See omadus tagab, et halle juhtivus jääb oksüüdi mõjutamata, säilitades konstantse elektrilise jõudluse selle käiveaja jooksul. Lisaks, halle kõrge juhtivuse tõttu on vähendatud likveerunud metalli kogus, mis tekib, kui katkis töötab. See vähendus likveerunud metalli massis võimaldab katkisele kiiremat reageerimist, lubades sellele kiiremini katkestada tsükli üleliigne vooli korral. Kuid halle kõrge hind võrreldes teiste metallidega, nagu raud või vask-tinna lehm, piirab selle laiaulatuslikku kasutamist. Enamikes praktilistes rakendustes, kus kulusuhetundlikkus on oluline, kasutatakse tavaliselt raut või vask-tinna lehmi katkiseid.
Sink, kui seda kasutatakse katkiselementina, on tavaliselt ribapõhises vormis. See on sellega seotud, et sink ei sulane kiiresti väikese ülekoormuse korral. Selle suhteliselt aeglane sulamise käitumine annab mingi astme tolerantsi lühiajaliste või väikeste ülekoormuste suhtes, takistades ebavajalikku katkise tööd ja vähendades elektritsüklite valepositiivsete katkestuste tõenäosust.
