Cầu chì là gì? Ký hiệu, công dụng và cách phân loại

Lê Hồng Phong

Cầu chì là thiết bị điện quen thuộc ở Việt Nam, có mặt từ rất sớm và gắn liền với đời sống, sản xuất hàng ngày. Cầu chì dùng để bảo vệ mạch điện khỏi những sự cố điện không mong muốn, đồng thời giữ an toàn cho người sử dụng điện. Trong bài viết dưới đây của KTH ELECTRIC, chúng ta sẽ cùng các bạn tìm hiểu về lịch sử của cầu chì, đặc tính kỹ thuật và ứng dụng của thiết bị điện này.

Cầu chì là gì?

Cầu chì là một thiết bị điện có chức năng ngắt mạch điện khi xảy ra hiện tượng quá tải hoặc ngắn mạch, nhằm mục đích bảo vệ các thiết bị điện, tránh cháy nổ. Cầu chì được đặt trong các bảng điện, tủ điện trung tâm hoặc tích hợp trong nhiều thiết bị điện. Kích thước của thiết bị khá nhỏ, dễ lắp đặt nên được sử dụng phổ biến trong cả hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.

Trong tiếng Anh, Fuse có nghĩa là “cầu chì”, nghĩa gốc là “tự tan chảy” (theo Wikipedia). Cầu chì có đặc điểm là dây cầu chì được làm từ vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp. Khi xảy ra sự cố về điện, dây cầu chì sẽ nóng lên và nóng chảy, làm gián đoạn mạch điện đi qua. Cầu chì chỉ có thể hoạt động một lần, sau đó cần phải thay thế.

Lịch sử phát triển cầu chì

Cha đẻ của cầu chì là Thomas Edison khi vào năm 1890, ông được cấp bằng sáng chế cho việc phát minh ra cầu chì trong hệ thống phân phối điện. Tuy nhiên, ý tưởng về cầu chì đã tồn tại được 43 năm. Năm 1847, Breguet – nhà vật lý người Pháp – đã có ý tưởng sử dụng các thiết bị dẫn dòng điện để ngăn chặn các trạm điện bị sét đánh bằng cơ chế nóng chảy. Những thiết bị này bao gồm hệ thống dây điện và tấm vật liệu dễ nóng chảy, được lắp đặt tại Hoa Kỳ từ năm 1864 để bảo vệ cáp điện báo và hệ thống chiếu sáng.

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

Cấu tạo cầu chì và đặc tính cơ bản

Trong cấu tạo của cầu chì, bộ phận quan trọng nhất là dây dẫn (dây nóng chảy – phần tử cầu dao) mắc nối tiếp với hai dây dẫn nối vào mạch điện. Dây dẫn làm từ chì, thiếc, cadimi,… có đặc điểm là có điện trở suất thấp và nhiệt độ nóng chảy thấp để kịp thời làm nóng chảy khi có sự cố về dòng điện.

Tiết diện dây cầu chì càng lớn thì ngưỡng dòng điện cắt mạch càng cao, tham khảo bảng sau:

Trong hệ thống điện gia đình, loại cầu chì được sử dụng có ngưỡng dòng bảo vệ từ 3A đến 45A, tương đương với đường kính dây cầu chì khoảng 0,15mm đến 1,25mm.

Một bộ phận quan trọng khác là vật liệu làm đầy, có chức năng hấp thụ hồ quang điện sinh ra và đảm bảo cách điện khi cầu chì đứt mạch. Vật liệu này thường là silicat dạng hạt và được bố trí xung quanh dây dẫn.

Thân cầu chì được làm từ gốm, nhựa hoặc thủy tinh, có độ bền cơ học và khả năng chịu nhiệt cao, có thể chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không gây hư hỏng linh kiện bên trong. Ngoài ra, các đầu nối được lắp bên trong thân cầu chì có chức năng cố định thiết bị và dẫn điện qua dây cầu chì. Tùy thuộc vào loại cầu chì mà thiết kế và chất liệu của thành phần này sẽ khác nhau.

Một số thông số cơ bản của cầu chì:

• N: Điểm giới hạn cầu chì không thể tự động ngắt mạch.
• Tốc độ: Tốc độ càng cao thì thời gian ngắt cầu chì khi xảy ra quá tải nhiệt càng ngắn.
• I2 t: Khả năng bảo vệ chống hư hỏng mạch điện của cầu chì.
• Mất điện: Khả năng thích ứng của cầu chì trong nhiều môi trường, đặc biệt quan trọng với cầu chì làm bằng nhựa có khả năng tự hàn sau khi bị đứt mạch.
• Ngưỡng nhiệt độ môi trường: Khoảng cách càng lớn thì ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến cầu chì càng ít.

Ký hiệu cầu chì trong mạch điện

Ký hiệu cầu chì trên mạch điện khác nhau tùy thuộc vào loại cầu chì. Đây là cách để phân loại thiết bị này và có thể nhận biết ngay trên bao bì sản phẩm, bao gồm:

• F: Cầu chì tác động nhanh – Cầu chì tác động nhanh
• T: Cầu chì trễ thời gian – Cầu chì ngắt chậm
• FF: Cầu chì hai phần tử tác dụng nhanh – Cầu chì hai phần tử nhanh
• J: Cầu chì chống nước – Cầu chì chống nước
• H: Cầu chì chống ồn – Cầu chì chống ồn
• L: Cầu chì nhỏ – Cầu chì nhỏ
• M: Cầu chì lớn – Cầu chì lớn
• G: Cầu chì chống rung – Cầu chì giảm rung

Nguyên lý hoạt động của cầu chì

Nguyên lý hoạt động của cầu chì là làm cong hoặc làm chảy dây chì để tách nó ra khỏi mạch điện khi cường độ dòng điện tăng hoặc dòng điện bị đoản mạch. Ví dụ, nhiệt độ nóng chảy của chì là 327 độ C và là vật liệu lý tưởng để chế tạo dây chì. Sau khi cầu chì được kích hoạt hoặc đứt, cần phải thay thế để tiếp tục bảo vệ mạch điện.

Trong điều kiện bình thường, dòng điện qua cầu chì có nhiệt độ ổn định và không vượt quá ngưỡng nóng chảy của dây dẫn. Sau đó, cân bằng nhiệt độ được thiết lập mà không làm cho các phần tử cầu chì bị mòn hoặc hư hỏng.

Tiêu chí phân loại cầu chì

Sau khoảng 150 năm phát triển, cầu chì đã được cải tiến thành nhiều loại với chức năng và hình dáng đa dạng. Cầu chì có thể được phân loại theo môi trường điện áp hoạt động, cấu trúc, hình dạng hoặc 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 đến 115kV
• Cầu chì hạ thế: Dùng trong các công trình dân dụng và sản xuất
• Cầu chì nhiệt: Được tích hợp trong cấu trúc của các thiết bị tải như lò vi sóng, nồi cơm điện, tủ lạnh,…

Khi phân loại theo cấu tạo, cầu chì gồm có 4 loại: loại hở, loại vít, loại hộp và loại ống. Ngoài ra, khi phân loại theo khả năng tái sử dụng thì có nhiều loại cầu chì khác nhau: dùng một lần, có thể thay thế và tự kết nối lại sau khi vận hành.

Khi phân loại theo đặc điểm hình ảnh, cầu chì bao gồm:

• Cầu chì gốm: Loại có vỏ làm bằng gốm, phân biệt với các loại khác làm từ nhựa hoặc thủy tinh.
• Cầu chì dạng ống: Loại có dạng ống tròn, vỏ thường trong suốt.
• Cầu chì dạng hộp: Loại có hình dạng hộp chữ nhiều nhất, rất được ưa chuộng.
• Cầu chì nổ: Loại được kích hoạt bằng cách làm nổ các hạt bên trong chứ không phải làm nóng chảy dây điện.
• Cầu chì tự rơi: Loại tích hợp cầu dao.

Khám phá: So sánh đặc điểm, ứng dụng của cầu dao và cầu chì

Ứng dụng của cầu chì

Hai công dụng chính của cầu chì là:

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

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

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

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

Trong hệ thống điện ngày nay, hầu hết cầu chì đều đã được thay thế bằng cầu dao để an toàn hơn và có thể sử dụng được nhiều lần. Bên cạnh đó, trong một số trường hợp cụ thể, sử dụng cầu chì vẫn là giải pháp tối ưu.

Một số câu hỏi về cầu chì

• Câu hỏi 1: Cầu chì có thể sử dụng nhiều lần được không?

Hầu hết các cầu chì chỉ có thể được sử dụng một lần và sau đó thay thế. Tuy nhiên, một số loại cầu chì tự động kết nối lại hoặc thay thế dây cầu chì sau khi hoạt động.

• Câu hỏi 2: Có nên dùng cầu chì thay cầu dao không?

Bạn chỉ nên thay cầu dao bằng cầu chì khi muốn giảm chi phí hoặc khi gặp trường hợp bất khả kháng. Trong hầu hết các trường hợp, sử dụng cầu dao sẽ hiệu quả hơn cầu chì. Bạn có thể tìm hiểu trong bài viết: So sánh ưu nhược điểm của cầu dao và cầu chì.

• Câu 3: Có nên dùng dây đồng làm cầu chì không?

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

• Câu 4: Khi chọn cầu chì cần lưu ý những điều gì?

Khi chọn cầu chì, bạn cần chú ý đến 3 yếu tố quan trọng nhất: đặc tính cầu chì tương thích với loại tải, chọn mức dòng điện và điện áp hệ thống phù hợp.

Xem thêm kiến ​​thức về các thiết bị điện khác tại https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/