Cầu chì là gì? Chức năng, nguyên lý làm việc và ứng dụng

Cầu chì là thiết bị điện quen thuộc tại Việt Nam, đã có mặt từ rất sớm và gắn liền với đời sống sinh hoạt và sản xuất. Cầu chì được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi các sự cố điện bất ngờ, đồng thời giữ an toàn cho người sử dụng điện. Trong bài viết dưới đây từ BTB Electric, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu lịch sử của cầu chì, những đặc điểm kỹ thuật và ứng dụng của thiết bị điện này.

Mục lục

Cầu chì là gì?

Cầu chì là thiết bị điện có chức năng ngắt mạch khi gặp sự cố quá tải, ngắn mạch, mục đích để bảo vệ thiết bị điện, tránh tình trạng cháy nổ. Cầu chì được đặt trong bảng điện, tủ điện trung tâm hay tích hợp trong nhiều thiết bị điện. Kích thước của thiết bị khá nhỏ, dễ lắp đặt nên được sử dụng phổ biến ở cả hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.

cau chi

Cầu chì có đặc trưng là dây chảy được làm từ vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp. Khi dòng điện xảy ra sự cố, dây chảy sẽ nóng lên và tan chảy, làm ngắt mạch điện đi qua. Cầu chì chỉ có thể hoạt động 1 lần, sau đó cần thay mới.

Lịch sử phát triển của cầu chì

Cha đẻ của cầu chì là Thomas Edison khi vào năm 1890, ông được cấp bằng sáng chế về phát minh cầu chì trong hệ thống phân phối điện. Tuy nhiên ý tưởng về cầu chì đã có mặt từ trước đó 43 năm. Vào năm 1847, Breguet – nhà vật lý người Pháp – đã có ý tưởng dùng các thiết bị dẫn dòng để tránh cho các trạm điện bị sét đánh, bằng cơ chế tan chảy. Các thiết bị này bao gồm hệ thống dây và tấm vật liệu dễ nóng chảy, được lắp đặt tại Mỹ từ năm 1864 để bảo vệ cáp điện báo và hệ thống chiếu sáng.

cau chi

Nhưng đến thế kỷ XX, từ những năm 1920s, cầu dao đã xuất hiện như một sự thay thế hoàn hảo cho cầu chì khi có thể sử dụng nhiều lần. Cầu chì tuy không còn đóng vai trò quan trọng như trước nhưng vẫn là một trong những thiết bị đóng ngắt mạch điện được sử dụng phổ biến tới tận ngày nay.

Cấu tạo của cầu chì và các thông số cơ bản

Trong cấu tạo của cầu chì, bộ phận quan trọng nhất là dây chì (dây nóng chảy – phần tử ngắt mạch) mắc nối tiếp với hai đầu dẫn đấu với mạch điện. Dây chì làm từ chì, thiếc, cadimi,… có đặc trưng là điện trở suất bé, nhiệt độ nóng chảy thấp để kịp thời tan chảy khi dòng điện gặp sự cố. Bộ phận quan trọng khác là vật liệu lấp đầy, chức năng hấp thụ hồ quang sản sinh và đảm bảo cách điện khi cầu chì ngắt mạch. Vật liệu này thường là silicat dạng hạt và bố trí xung quanh dây chì.

cau chi

Thân cầu chì được làm từ sứ hoặc nhựa, hoặc thủy tinh, có độ bền cơ khí và độ bền nhiệt cao, chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không gây hỏng cho các bộ phận bên trong. Bên cạnh đó, các đầu nối được lắp bên trong thân cầu chì có chức năng cố định thiết bị và dẫn điện qua dây chì. Tùy theo dạng cầu chì mà thiết kế và vật liệu cho linh kiện này sẽ khác nhau.

Ký hiệu cầu chì trong mạch điện

Ký hiệu cầu chì trên mạch điện thay đổi tùy theo dạng cầu chì. Đây là một cách để phân loại thiết bị này và có thể nhận biết ngay trên bao bì sản phẩm, bao gồm:

F: Fast-acting fuse – Cầu chì ngắt nhanh
T: Time-delay fuse – Cầu chì ngắt chậm
FF: Fast-acting dual-element fuse – Cầu chì kép nhanh
J: Waterproof fuse – Cầu chì chống nước
H: Noise-resistant fuse – Cầu chì chống ồn
L: Small fuse – Cầu chì nhỏ
M: Large fuse – Cầu chì lớn
G: Vibration-resistant fuse – Cầu chì giảm chấn rung

Nguyên lý hoạt động của cầu chì

Nguyên lý hoạt động của cầu chì là uốn cong hoặc nóng chảy dây chì để tách ra khỏi mạch điện khi cường độ dòng điện tăng cao hoặc dòng điện bị ngắn mạch. Ví dụ nhiệt độ nóng chảy của chì là 327 độ C và là vật liệu lý tưởng để làm dây chì. Sau khi cầu chì được kích hoạt cần thay mới để tiếp tục bảo vệ mạch điện.

cau chi

Trong tình trạng bình thường, dòng điện qua cầu chì có nhiệt độ ổn định, không vượt ngưỡng nóng chảy của dây chì. Khi đó sự cân bằng nhiệt độ được thiết lập mà không khiến các phần tử của cầu chì bị hao mòn hay hư hỏng.

Các tiêu chí phân loại cầu chì

Sau khoảng 150 năm phát triển, cầu chì đã được cải tiến thành rất nhiều loại với công năng, hình dáng đa dạng. Cầu chì có thể được phân loại theo môi trường điện áp hoạt động, theo cấu tạo, theo hình dáng hay theo khả năng tái sử dụng.

Khi phân loại theo môi trường điện áp, cầu chì có 3 nhóm:

Cầu chì cao áp: Dùng trong hệ thống truyền tải điện cao thế, điện áp lên tới 115kV
Cầu chì hạ áp: Dùng trong công trình dân dụng và sản xuất
Cầu chì nhiệt: Tích hợp trong cấu tạo các thiết bị phụ tải như lò vi sóng, nồi cơm điện, tủ lạnh,…

Khi phân loại theo cấu tạo, cầu chì gồm 4 loại là: loại hở, loại vặn, loại hộp và loại ống. Bên cạnh đó, khi phân theo khả năng tái sử dụng, cầu chì có các loại: loại dùng 1 lần, loại có thể thay dây và loại tự nối lại sau khi hoạt động.

cau chi

Khi phân loại theo đặc điểm trực quan, cầu chì gồm:

Cầu chì sứ: Loại có vỏ làm bằng sứ, phân biệt với các loại khác làm từ nhựa hay thủy tinh.
Cầu chì ống: Loại có dạng ống tròn, vỏ thường trong suốt.
Cầu chì hộp: Loại có dạng hộp chữ nhất, rất phổ biến.
Cầu chì nổ: Loại được kích hoạt bằng cách cho nổ các hạt bên trong, thay vì nóng chảy dây.
Cầu chì tự rơi: Loại tích hợp với cầu dao.

Ứng dụng của cầu chì

Cầu chì có hai mục đích sử dụng chính:

Lắp đặt trong mạng điện hoặc lắp riêng cho các thiết bị điện quan trọng
Tích hợp trong các thiết bị điều khiển điện hoặc thiết bị phía phụ tải

Mục đích sử dụng cầu chì là để tăng tính an toàn trong quá trình sử dụng điện, kịp thời ngắt điện khi có sự cố, hạn chế rủi ro cho người sử dụng và các thiết bị điện liên quan.

cau chi

Cầu chì được ứng dụng trong cả mạng điện dân dụng 220V và mạng điện công nghiệp 380V hay hệ thống phân phối điện cao thế, trung thế, cụ thể:

Đặt trong bảng điện khu vực để bảo vệ các thiết bị điện
Đặt trong tủ điện phân phối hoặc các hệ thống tụ điện, máy biến áp,..
Đặt trong các phương tiện giao thông, máy móc công nghiệp,..
Đặt trong điện thoại thông minh, máy tính, máy in,..
Đặt trong các thiết bị điện nhà bếp, phòng khách, phòng ngủ, văn phòng,…

Trong hệ thống điện ngày nay, đa phần cầu chì đã được thay thế bằng aptomat để an toàn hơn và sử dụng được nhiều lần. Bên cạnh đó trong một số trường hợp đặc thù, sử dụng cầu chì vẫn là giải pháp tối ưu.

Một số câu hỏi về cầu chì

Câu hỏi 1: Có thể sử dụng cầu chì nhiều lần không?

Đa phần cầu chì chỉ có thể sử dụng 1 lần và sau đó thay mới. Tuy nhiên một số loại cầu chì tự động nối lại hoặc thay dây chảy mới sau khi hoạt động.

Câu hỏi 2: Có nên dùng cầu chì thay thế cho aptomat không?

Chỉ nên thay thế aptomat bằng cầu chì khi muốn giảm chi phí hoặc bất khả kháng. Trong đa số trường hợp, sử dụng aptomat sẽ hiệu quả hơn cầu chì. Bạn có thể tìm hiểu tại bài viết: So sánh ưu nhược điểm của aptomat và cầu chì.

Câu hỏi 3: Có nên dùng dây đồng cho cầu chì không?

Dây đồng có nhiệt độ nóng chảy cao hơn dây chì (1083 độ C > 327 độ C) do vậy hiệu quả ngắt mạch khi tác dụng nhiệt thấp hơn chì, dẫn tới nguy hiểm hơn khi sử dụng.