สิ่งกีดขวางทางกายภาพและการประสานงานทางไดอิเล็กทริกภายในฟิวส์

ที่บริเวณรอยต่อระหว่างเครื่องใช้ไฟฟ้าแรงดันต่ำและระบบป้องกันแรงดันสูง คุณลักษณะทางกายภาพของประกายไฟเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบเสมอ ฟิวส์แบบดรอปเอาท์สามารถทำให้ประกายไฟยืดออกและเย็นลง ซึ่งกระบวนการนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นการปรับโครงสร้างทางเรขาคณิตและการแทรกแซงทางอุณหพลศาสตร์ของช่องพลาสมา เมื่อโลหะหลอมเหลวกลายเป็นไอภายใต้กระแสไฟฟ้าลัดวงจร ประกายไฟเริ่มต้นจะก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว และการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิ ณ จุดนี้ หน้าที่หลักของระบบดับประกายไฟไม่ใช่การต่อสู้กับพลังงาน แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและสภาพแวดล้อมของประกายไฟ

การปรับโครงสร้างทางกายภาพ: การยืดออกและการแบ่งส่วน
ความยาวของประกายไฟเป็นตัวกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นในการรักษาการเผาไหม้ ในการออกแบบที่จำกัดกระแส แท่งประกายไฟจะถูกยืดออกทางกลไกโดยการเพิ่มช่องว่างสัมผัสอย่างรวดเร็วหรือใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าในการขับเคลื่อนประกายไฟ

ในโครงสร้างสัมผัสแบบสะพาน สนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสที่ไหลผ่านวงจรสัมผัสจะกระทำต่อประกายไฟ และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าจะขับเคลื่อนประกายไฟให้เคลื่อนที่ออกไปด้านนอกอย่างรวดเร็ว

เส้นทางของประกายไฟจะยาวขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และความแรงของสนามไฟฟ้าต่อหน่วยความยาวจะลดลงตามไปด้วย

ฟิวส์บางชนิดใช้ตะแกรงโลหะเพื่อแบ่งประกายไฟที่ยาวออกเป็นส่วนย่อยๆ หลายส่วน

แต่ละส่วนย่อยของประกายไฟต้องการแรงดันตกคร่อมที่ขั้วแคโทดเพื่อรักษาไว้ ผลกระทบจากการสะสมแรงดันแบบนี้จะเพิ่มความต้องการแรงดันประกายไฟโดยรวมอย่างมาก จนเกินความสามารถในการรองรับของแหล่งจ่ายไฟ

การเพิ่มประสิทธิภาพการสัมผัสของฉนวน: การระบายความร้อนและการสลับตำแหน่ง
การยืดประกายไฟโดยไม่มีการระบายความร้อนร่วมด้วย อาจทำให้ประกายไฟยังคงแตกตัวเป็นไอออนอยู่ภายในช่องทางยาวนั้น นี่คือจุดที่ทรายควอตซ์หรือวัสดุที่สร้างก๊าซซึ่งบรรจุอยู่ในฟิวส์เข้ามามีบทบาท

โครงสร้างที่บรรจุด้วยทรายควอตซ์ใช้ประโยชน์จากพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ของอนุภาคละเอียด เมื่อประกายไฟลุกไหม้อยู่ภายใน ความร้อนจะถูกดูดซับโดยสารเติมแต่งอย่างรวดเร็ว
ไอโลหะจะแพร่กระจายเข้าไปในช่องว่างระหว่างอนุภาคทราย ทำให้เกิดการลดลงอย่างรวดเร็วของอุณหภูมิพลาสมาประกายไฟและยับยั้งการแตกตัวเป็นไอออนจากความร้อน

ในฟิวส์แบบคายประจุหรือแบบสร้างก๊าซ วัสดุที่สร้างก๊าซบนผนังด้านในของท่อฟิวส์จะสลายตัวที่อุณหภูมิสูง ปล่อยไฮโดรเจนและก๊าซอื่นๆ ออกมาในปริมาณมาก
ก๊าซแรงดันสูงจะถูกฉีดเข้าไปในแนวแกนตามท่อ ซึ่งไม่เพียงแต่ระบายความร้อนออกไปเท่านั้น แต่ยังเข้าไปแทนที่ตัวกลางที่ทำให้เกิดไอออนในช่องว่างของอาร์คโดยตรงอีกด้วย

การยืดตัวทำให้แรงดันอาร์คลดลง ในขณะที่การระบายความร้อนทำให้พลังงานที่จำเป็นในการรักษาการแตกตัวเป็นไอออนของอาร์คลดลง แรงทั้งสองนี้รวมกันภายในพื้นที่จำกัดของฟิวส์ ทำให้ยากที่อาร์คจะจุดติดใหม่เมื่อกระแสไฟฟ้าเป็นศูนย์