材制視角丨保險絲的辛酸史
初轉(zhuǎn)載于?
七月流火，九月授衣。金秋之際，大一新生剛剛?cè)雽W(xué)，全新的宿舍生活給大家?guī)砹嗽S多不一樣的體驗，那么，你是否體驗過這些情景？跟舍友激情四射地沉浸在三國殺當(dāng)中，一瞬間就只能看見舍友的白牙；又或是在洗手臺洗完臉后，睜開眼睛什么都看不見，懷疑自己是否“雙目失明”。沒錯，上面所描述的情景正是跳閘。在宿舍里跳閘了該怎么辦呢？
現(xiàn)在的住房大多都配置的是空氣開關(guān)，只要把跳下的開關(guān)輕輕一推，就能輕松解決“斷電危機”。但是在幾十年以前，房屋配備的幾乎全都是保險絲?！?/p>
保險絲(fuse)也被稱為電流保險絲，IEC127標(biāo)準(zhǔn)將它定義為"熔斷體（fuse-link)"。其主要是起過載保護作用。電路中正確安置保險絲，保險絲就會在電流異常升高到一定的高度和熱度的時候，自身熔斷切斷電流，保護了電路安全運行。
一種保險絲（左）和常見的幾種保險絲（右）
保險絲中起熔斷作用的是熔體部分，它是保險絲的核心。通過保險絲熔斷的工作原理我們可以知道，熔體必須是易熔化的金屬絲，才能在電流大時及時熔斷，起到保護作用。常見的保險絲是由合金制成，家用保險絲常用鉛銻合金。
傳統(tǒng)的保險絲有一個十分致命的缺點，那就是無法重復(fù)使用。一旦熔體熔斷，只有更換保險絲才能讓電路正常工作。可以設(shè)想把我們宿舍的空氣開關(guān)全都更換成傳統(tǒng)保險絲，只要有一位精致的豬豬男/女孩洗完頭掏出ta心愛的電吹風(fēng)，就有一根保險絲死于非命。這樣的話，每到開學(xué)季學(xué)校都得備上幾十根保險絲和幾位電工師傅，這無疑增加了額外的開支，費時費力且費財……
然而早在十幾年前，市場上就出現(xiàn)了自恢復(fù)保險絲的身影。
自恢復(fù)保險絲，是一種過流電子保護元件，由經(jīng)過高壓、高溫，硫化反應(yīng)等特殊處理的聚合樹脂(Polymer)及分布在里面的導(dǎo)電粒子(Carbon Black) 組成。在正常操作下，聚合樹脂緊密地將導(dǎo)電粒子，束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)外，構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電電通路，此時的自恢復(fù)保險絲為低阻狀態(tài)，線路上流經(jīng)自恢復(fù)保險絲的電流所產(chǎn)生的熱能小，不會改變晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路發(fā)生短路或過載時，流經(jīng)自恢復(fù)保險絲的大電流，產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長，形成高阻狀態(tài)，工作電流迅速減小，從而對電路進行限制和保護。當(dāng)故障排除后，自恢復(fù)保險絲重新冷卻結(jié)晶，體積收縮，導(dǎo)電粒子重新形成導(dǎo)電通路，自恢復(fù)保險絲恢復(fù)為低阻狀態(tài)，從而完成對電路的保護，無須人工更換。
自恢復(fù)保險絲
自恢復(fù)保險絲，根據(jù)材料可分為兩種：
1、聚合物高分子PPTC
2、陶瓷CPTC
聚合物PPTC的主要優(yōu)點有：常溫零功率電阻可以作得很小，大電流產(chǎn)品只有毫歐姆數(shù)量級，在路功耗較小，可以忽略不計、體積相對較?。蛔柚低蛔兯俣瓤?，在毫秒數(shù)量級，熱容小，恢復(fù)時間短，耐沖擊，可循環(huán)保護達8000次之多，可串聯(lián)在易損電路內(nèi)作過流保護、溫度保險絲用，因此在電路中在一定程度上體現(xiàn)出了溫度保險絲性能和溫度保險絲作用。達到在電路中實現(xiàn)過流保護和過溫保護的雙重保護功能。
陶瓷CPTC的主要優(yōu)點為制造容易，相對價格便宜。但電阻大、體積大、在路損耗大，有幾十至幾千歐姆范圍，適宜作小電流過流保護，高溫過熱時易出現(xiàn)負阻效應(yīng)（阻值變?。⒈Ｗo速度慢，在上百毫秒的數(shù)量級、熱容大，恢復(fù)時間長。其應(yīng)用范圍相對較窄。
自恢復(fù)保險絲因其可自我恢復(fù)的特性常用于日光燈鎮(zhèn)流器、變壓器、喇叭系統(tǒng)和電池等。
距離自恢復(fù)保險絲問世已有十幾年之久，既然自恢復(fù)保險絲彌補了傳統(tǒng)保險絲需要更換使用的不足，那為什么如今的房屋還是仍然配備著空氣開關(guān)呢？
經(jīng)過相關(guān)文獻的查閱，我發(fā)現(xiàn)自恢復(fù)保險絲也存在著潛在的致命缺點。
自恢復(fù)保險絲阻斷電流實質(zhì)上是聚合樹脂在高溫下體積迅速增大，導(dǎo)致電阻迅速增大，工作電流迅速減小，起到保護電路的作用。也就是說，它并非真正意義上的熔斷而形成斷路。因此，一旦溫度有所降低，其電阻值便會迅速減小，電路中又有了電流，，如果不能在此之前切斷電路排除故障，就可能會引發(fā)二次甚至重復(fù)多次傷害。這大概也就是自恢復(fù)保險絲不常被使用在居民住房當(dāng)中的原因之一。
而相比于保險絲，空氣開關(guān)既不需要重復(fù)更換元件，又能夠徹底斷開電路，安全性大大提高，因此被廣泛用于家庭電路中。
空氣開關(guān)（左）及工作原理（右）
如今我們回頭看看保險絲與空氣開關(guān)的發(fā)展史，正是因為傳統(tǒng)保險絲使用的不便推動了自恢復(fù)保險絲（縱向）和空氣開關(guān)（橫向）的發(fā)展。矛盾的斗爭性推動了事物的發(fā)展，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展也遵循著這條規(guī)律。我們在學(xué)習(xí)科學(xué)知識的同時，也要學(xué)會反思，認識到不同事物之間的內(nèi)在聯(lián)系，探索世界的真理，領(lǐng)略人生的真諦。
參考文獻：
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[3]自動復(fù)位保險絲存在的隱患——百度知道
[4]保險絲——百度百科
[5]自恢復(fù)保險絲——百度百科
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