Sulakeiden materiaalit
Suljetin elementtien ominaisuudet ja materiaalit
Suljetin elementteihin valittujen materiaalien on oltava varustettuja tiettyjen ominaisuuksien kanssa. Niiden on oltava matalan sulamispisteen omaavia, jotta sulake sulaa nopeasti, kun siihen kulkee liian suuri virta, keskeyttäen siten piirin ja suojaen sähköjärjestelmää. Lisäksi näillä materiaaleilla tulisi olla pieni ohmin vastus vähentääkseen energian häviämistä normaalissa käytössä. Korkea sähköjohtavuus (vastine alhaiselle vastusarvolle) on välttämätöntä tehokkaalle virran kulkuun ilman huomattavia jännitepudotuksia. Kustannustehokkuus on toinen tärkeä tekijä, sillä sulat ovat laajasti käytössä erilaisissa sähkösovelluksissa. Lisäksi materiaalin ei pitäisi omata sellaisia ominaisuuksia, jotka voisivat johtaa ajan myötä heikkenemiseen tai epäonnistumiseen, varmistaen luotettavan suorituskyvyn.
Yleisesti suljetin elementit valmistetaan matalan sulamispisteen materiaaleista, kuten tinasta, lyijystä tai sinkistä. Vaikka nämä metallit ovat tunnettuja matalasta sulamispisteestään, on tärkeää huomioida, että jotkin korkean tiheyden metallit voivat myös tarjota matalan sulamispisteen, kuten alla oleva taulukko osoittaa. Nämä materiaalit tarjoavat tasapainon nopeaan sulamiseen sijaitsevissa tilanteissa ja hyväksyttävän sähköisen suorituskyvyn ylläpitämisessä normaalissa käytössä.
Suljetin elementtimateriaalit: Ominaisuudet, sovellukset ja kompromissit
Suljetin elementteihin yleisesti käytetyt materiaalit sisältävät tinaa, lyijyä, hopeaa, kuparia, sinkiä, aluminiumpia ja lyijy-tinan liuoksen. Jokaisella materiaalilla on erityiset ominaisuudet, jotka tekevät siitä sopivan tiettyihin sovelluksiin sähköpiireissä.
Lyijy-tinan liuoksia yleensä käytetään pieniin virtasijoituksiin. Kun virta ylittää 15A:n, tämä liuos tulee vähemmän käytännölliseksi. Suurempien virtasijoitusten tapauksessa lyijy-tinan käyttö edellyttäisi suurempiakaista sulakesuoria. Tällöin, kun sulake sulaa, vapautuu liian paljon kuivalta metallista, mikä voi aiheuttaa turvallisuusriskin ja saattaa aiheuttaa laajempaa vahinkoa ympäröiville komponenteille.
Virtasijoituksissa, jotka ylittävät 15A:n, kuparisulaket suositaan usein. Huolimatta laajasta käytöstään kupari on joitakin huomioitavaa puutteita. Saavuttaakseen kohtuullisen matalan sulatuskerroksen (minimisulatusvirran suhde sijoitetulle virtaase), kuparisulaket työskentelevät suhteellisen korkeassa lämpötilassa. Tämä korkea toimintalämpötila voi aiheuttaa sulakesuoran hitaasti ylikuumenevan ajan myötä. Seurauksena sulakesuoran poikkileikkausala vähenee asteittain, ja sulatusvirta laskee. Tämä ilmiö lisää ennenaikaista sulamisen mahdollisuutta, mikä voi johtaa tarpeettomiin piiri keskeytyksiin ja sähköpalvelun häiriintymiseen.
Toisaalta hopea tarjoaa useita etuja sulaket elementtimateriaalina. Yksi sen avainta etuja on sen vastustuskyky hapettumista kohtaan; hopea ei muodosta helposti stabiileja oksideja. Vaikka ohut haperoitu kerros muodostuisikin, se on epävakaa ja hajoaa helposti. Tämä ominaisuus takaa, että hopean sähköjohtavuus pysyy vaikutuksen ulkopuolella hapettumisen aikana, ylläpitäen vakaita sähköisiä ominaisuuksia sen käyttökauden ajan. Lisäksi sen korkean sähköjohtavuuden ansiosta sulamisen aikana tuottuvan kuivalta metallista määrä on minimi. Tämä massa-kuiva metallin väheneminen mahdollistaa sulaket nopeamman toiminnan, antaen sen keskeyttää piiri nopeammin ylikuormitusolosuhteissa. Toisaalta hopean korkeat kustannukset verrattuna muihin metalliin, kuten kupariin tai lyijy-tinan liuokseen, rajoittavat sen laajaa käyttöä. Useimmissa käytännön sovelluksissa, joissa kustannustehokkuus on merkittävä huomio, kupari tai lyijy-tinan liuoksen käytetään yleisemmin sulakesuorina.
Sinkkiä käytettäessä sulaket elementtinä se on yleensä nauhaa. Tämä johtuu siitä, että sinkki ei sulaa nopeasti pienissä ylikuormitusolosuhteissa. Sen suhteellisen hitaan sulamisen käyttäytyminen tarjoaa jonkin asteen toleranssia tilapäisille tai pienille ylikuormituksille, estäen tarpeettomia sulaket toimintoja ja vähentäen sähköpiireissä harhaanjohtavien toimintojen mahdollisuutta.
