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熔斷器

熔斷器(fuse)是指當電流超過規定值時,以本身產生的熱量使熔體熔斷,斷開電路的一種電器。熔斷器是根據電流超過規定值一段時間后,以其自身產生的熱量使熔體熔化,從而使電路斷開;運用這種原理制成的一種電流保護器。熔斷器廣泛應用于高低壓配電系統和控制系統以及用電設備中,作為短路和過電流的保護器,是應用最普遍的保護器件之一。
工作原理
利用金屬導體作為熔體串聯于電路中,當過載或短路電流通 過熔體時,因其自身發熱而熔斷,從而分斷電路的一種電器。熔斷器結構簡單,使用方便,廣泛用于電力系統、各種電工設備和家用電器中作為保護器件。
常見種類
插入式熔斷器:它常用于380V及以下電壓等級的線路末端,作為配電支線或電氣設備的短路保護用。 螺旋式熔斷器:熔體上的上端蓋有一熔斷指示器,一旦熔體熔斷,指示器馬上彈出,可透過瓷帽上的玻璃孔觀察到,它常用于機床電氣控制設備中。螺旋式熔斷器。分斷電流較大,可用于電壓等級500V及其以下、電流等級200A以下的電路中,作短路保護。 封閉式熔斷器:封閉式熔斷器分有填料熔斷器和無填料熔斷器兩種,如圖3和圖4所示。有填料熔斷器一般用方形瓷管,內裝石英砂及熔體,分斷能力強,用于電壓等級500V以下、電流等級1KA以下的電路中。無填料密閉式熔斷器將熔體裝入密閉式圓筒中,分斷能力稍小,用于500V以下,600A以下電力網或配電設備中。 快速熔斷器:快速熔斷器主要用于半導體整流元件或整流裝置的短路保護。由于半導體元件的過載能力很低。只能在極短時間內承受較大的過載電流,因此要求短路保護具有快速熔斷的能力。快速熔斷器的結構和有填料封閉式熔斷器基本相同,但熔體材料和形狀不同,它是以銀片沖制的有V形深槽的變截面熔體。 自復熔斷器:采用金屬鈉作熔體,在常溫下具有高電導率。當電路發生短路故障時,短路電流產生高溫使鈉迅速汽化,汽態鈉呈現高阻態,從而限制了短路電流。當短路電流消失后,溫度下降,金屬鈉恢復原來的良好導電性能。自復熔斷器只能限制短路電流,不能真正分斷電路。其優點是不必更換熔體,能重復使用。
結構特性
熔體額定電流不等于熔斷器額定電流,熔體額定電流按被保護設備的負荷電流選擇,熔斷器額定電流應大于熔體額定電流,與主電器配合確定。 熔斷器主要由熔體、外殼和支座3部分組成,其中熔體是控制熔斷特性的關鍵元件。熔體的材料、尺寸和形狀決定了熔斷特性。熔體材料分為低熔點和高熔點兩類。低熔點材料如鉛和鉛合金,其熔點低容易熔斷,由于其電阻率較大,故制成熔體的截面尺寸較大,熔斷時產生的金屬蒸氣較多,只適用于低分斷能力的熔斷器。高熔點材料如銅、銀,其熔點高,不容易熔斷,但由于其電阻率較低,可制成比低熔點熔體較小的截面尺寸,熔斷時產生的金屬蒸氣少,適用于高分斷能力的熔斷器。熔體的形狀分為絲狀和帶狀兩種。改變變截面的形狀可顯著改變熔斷器的熔斷特性。熔斷器有各種不同的熔斷特性曲線,可以適用于不同類型保護對象的需要。 安秒特性: 熔斷器的動作是靠熔體的熔斷來實現的,熔斷器有個非常明顯的特性,就是安秒特性。 對熔體來說,其動作電流和動作時間特性即熔斷器的安秒特性,也叫反時延特性,即:過載電流小時,熔斷時間長;過載電流大時,熔斷 時間短。 對安秒特性的理解,我們從焦耳定律上可以看到Q=I*R*T,串聯回路里,熔斷器的R值基本不變,發熱量與電流I的平方成正比,與發熱時間T成正比,也就是說:當電流較大時,熔體熔斷所需的時間就較短。而電流較小時,熔體熔斷所需用的時間就較長,甚至如果熱量積累的速度小于熱擴散的速度,熔斷器溫度就不會上升到熔點,熔斷器甚至不會熔斷。所以,在一定過載電流范圍內,當電流恢復正常時,熔斷器不會熔斷,可繼續使用。 因此,每一熔體都有一最小熔化電流。相應于不同的溫度,最小熔化電流也不同。雖然該電流受外界環境的影響,但在實際應用中可以不加考慮。一般定義熔體的最小熔斷電流與熔體的額定電流之比為最小熔化系數,常用熔體的熔化系數大于1.25,也就是說額定電流為10A的熔體在電流12.5A以下時不會熔斷。 從這里可以看出,熔斷器的短路保護性能優秀,過載保護性能一般。如確需在過載保護中使用,需要仔細匹配線路過載電流與熔斷器的額定電流。例如:8A的熔體用于10A的電路中,作短路保護兼作過載保護用,但此時的過載保護特性并不理想。 熔斷器的選擇主要依據負載的保護特性和短路電流的大小選擇熔斷器的類型。對于容量小的電動機和照明支線,常采用熔斷器作為過載及短路保護,因而希望熔體的熔化系數適當小些。通常選用鉛錫合金熔體的RQA系列熔斷器。對于較大容量的電動機和照明干線,則應著重考慮短路保護和分斷能力。通常選用具有較高分斷能力的RM10和RL1系列的熔斷器;當短路電流很大時,宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔斷器 熔體的額定電流可按以下方法選擇: 1、保護無起動過程的平穩負載如照明線路、電阻、電爐等時,熔體額定電流略大于或等于負荷電路中的額定電流。 2、保護單臺長期工作的電機熔體電流可按最大起動電流選取,也可按下式選取: IRN ≥ (1.5~2.5)IN 式中IRN--熔體額定電流;IN--電動機額定電流。如果電動機頻繁起動,式中系數可適當加大至3~3.5,具體應根據實際情況而定。 3、保護多臺長期工作的電機(供電干線) IRN ≥ (1.5~2.5)IN max+ΣIN IN max-容量最大單臺電機的額定電流。ΣIN其余.電動機額定電流之和。
主要分類
熔斷器根據使用電壓可分為高壓熔斷器和低壓熔斷器。 根據保護對象可分為保護變壓器用和一般電氣設備用的熔斷器、保護電壓互感器的熔斷器、保護電力電容器的熔斷器、保護半導體元件的熔斷器、保護電動機的熔斷器和保護家用電器的熔斷器等。根據結構可分為敞開式、半封閉式、管式和噴射式熔斷器。 敞開式熔斷器結構簡單,熔體完全暴露于空氣中,由瓷柱作支撐,沒有支座,適于低壓戶外使用。分斷電流時在大氣中產生較大的聲光。 半封閉式熔斷器的熔體裝在瓷架上,插入兩端帶有金屬插座的瓷盒中,適于低壓戶內使用。分斷電流時,所產生的聲光被瓷盒擋住。 管式熔斷器的熔體裝在熔斷體內。然后插在支座或直接連在電路上使用。熔斷體是兩端套有金屬帽或帶有觸刀的完全密封的絕緣管。這種熔斷器的絕緣管內若充以石英砂,則分斷電流時具有限流作用,可大大提高分斷能力,故又稱作高分斷能力熔斷器。若管內抽真空,則稱作真空熔斷器。若管內充以SF6氣體,則稱作SF6熔斷器,其目的是改善滅弧性能。由于石英砂,真空和SF6氣體均具有較好的絕緣性能,故這種熔斷器不但適用于低壓也適用于高壓。 噴射式熔斷器是將熔體裝在由固體產氣材料制成的絕緣管內。固體產氣材料可采用電工反白紙板或有機玻璃材料等。當短路電流通過熔體時,熔體隨即熔斷產生電弧,高溫電弧使固體產氣材料迅速分解產生大量高壓氣體,從而將電離的氣體帶電弧在管子兩端噴出,發出極大的聲光,并在交流電流過零時熄滅電弧而分斷電流。絕緣管通常是裝在一個絕緣支架上,組成熔斷器整體。有時絕緣管上端做成可活動式,在分斷電流后隨即脫開而跌落,此種噴射式熔斷器俗稱跌落熔斷器。一般適用于電壓高于6千伏的戶外場合。 此外,熔斷器根據分斷電流范圍還可分為一般用途熔斷器,后備熔斷器和全范圍熔斷器。一般用途熔斷器的分斷電流范圍指從過載電流大于額定電流1.6~2倍起,到最大分斷電流的范圍。這種熔斷器主要用于保護電力變壓器和一般電氣設備。后備熔斷器的分斷電流范圍指從過載電流大于額定電流4~7倍起至最大分斷電流的范圍。這種熔斷器常與接觸器串聯使用,在過載電流小于額定電流4~7倍的范圍時,由接觸器來實現分斷保護。主要用于保護電動機。 隨著工業發展的需要,還制造出適于各種不同要求的特殊熔斷器,如電子熔斷器、熱熔斷器和自復熔斷器等。
級間配合
為防止發生越級熔斷、擴大事故范圍,上、下級(即供電干、支線)線路的熔斷器間應有良好配合。選用時,應使上級(供電干線)熔斷器的熔體額定電流比下級(供電支線)的大1~2個級差。常用的熔斷器有管式熔斷器R1系列、螺旋式熔斷器RLl系列、填料封閉式熔斷器RT0系列及快速熔斷器RSO、RS3系列等。
使用維護
低壓配電系統中熔斷器是起安全保護作用的一種電器,熔斷器廣泛應用于電網保護和用電設備保護,當電網或用電設備發生短路故障或過載時,可自動切斷電路,避免電器設備損壞,防止事故蔓延。 熔斷器由絕緣底座(或支持件)、觸頭、熔體等組成,熔體是熔斷器的主要工作部分,熔體相當于串聯在電路中的一段特殊的導線,當電路發生短路或過載時,電流過大,熔體因過熱而熔化,從而切斷電路。熔體常做成絲狀、柵狀或片狀。熔體材料具有相對熔點低、特性穩定、易于熔斷的特點。一般采用鉛錫合金、鍍銀銅片、鋅、銀等金屬。在熔體熔斷切斷電路的過程中會產生電弧,為了安全有效地熄滅電弧,一般均將熔體安裝在熔斷器殼體內,采取措施,快速熄滅電弧。 熔斷器具有結構簡單、使用方便、價格低廉等優點,在低壓系統中廣泛被應用。
注意事項
鑒于熔斷器優秀的短路保護性能,它廣泛應用于高低壓配電系統和控制系統以及用電設備中,作為短路和過電流的保護器,是應用最普遍也最重要的保護器件之一。 在應用中要重視熔斷器的使用注意事項、日常巡視檢查及維修保養。 熔斷器使用注意事項: 1、熔斷器的保護特性應與被保護對象的過載特性相適應,考慮到可能出現的短路電流,選用相應分斷能力的熔斷器; 2、熔斷器的額定電壓要適應線路電壓等級,熔斷器的額定電流要大于或等于熔體額定電流; 3、線路中各級熔斷器熔體額定電流要相應配合,保持前一級熔體額定電流必須大于下一級熔體額定電流; 4、熔斷器的熔體要按要求使用相配合的熔體,不允許隨意加大熔體或用其他導體代替熔體。 熔斷器巡視檢查: 1、檢查熔斷器和熔體的額定值與被保護設備是否相配合; 2、檢查熔斷器外觀有無損傷、變形,瓷絕緣部分有無閃爍放電痕跡; 3、檢查熔斷器各接觸點是否完好,接觸緊密,有無過熱現象; 4、熔斷器的熔斷信號指示器是否正常。 熔斷器使用維修: 1、熔體熔斷時,要認真分析熔斷的原因,可能的原因有: 1)短路故障或過載運行而正常熔斷; 2)熔體使用時間過久,熔體因受氧化或運行中溫度高,使熔體特性變化而誤斷; 3)熔體安裝時有機械損傷,使其截面積變小而在運行中引起誤斷。 2、拆換熔體時,要求做到: 1)安裝新熔體前,要找出熔體熔斷原因,未確定熔斷原因,不要拆換熔體試送; 2)更換新熔體時,要檢查熔體的額定值是否與被保護設備相匹配; 3)更換新熔體時,要檢查熔斷管內部燒傷情況,如有嚴重燒傷,應同時更換熔管。瓷熔管損壞時,不允許用其他材質管代替。填料式熔斷器更換熔體時,要注意填充填料。 3、熔斷器應與配電裝置同時進行維修工作: 1)清掃灰塵,檢查接觸點接觸情況; 2)檢查熔斷器外觀(取下熔斷器管)有無損傷、變形,瓷件有無放電閃爍痕跡; 3)檢查熔斷器,熔體與被保護電路或設備是否匹配,如有問題應及時調查; 4)注意檢查在TN接地系統中的N線,設備的接地保護線上,不允許使用熔斷器; 5)維護檢查熔斷器時,要按安全規程要求,切斷電源,不允許帶電摘取熔斷器管。
主要區別
熔斷器與斷路器的區別: 相同點是都能實現短路保護, 熔斷器的原理是利用電流流經導體會使導體發熱,達到導體的熔點后導體融化所以斷開電路保護用電器和線路不被燒壞。它是熱量的一個累積,所以也可以實現過載保護。一旦熔體燒毀就要更換熔體。 斷路器也可以實現線路的短路和過載保護,不過原理不一樣,它是通過電流底磁效應(電磁脫扣器)實現斷路保護,通過電流的熱效應實現過載保護(不是熔斷,多不用更換器件)。具體到實際中,當電路中的用電負荷長時間接近于所用熔斷器的負荷時,熔斷器會逐漸加熱,直至熔斷。像上面說的,熔斷器的熔斷是電流和時間共同作用的結果起到對線路進行保護的作用,它是一次性的。而斷路器是電路中的電流突然加大,超過斷路器的負荷時,會自動斷開,它是對電路一個瞬間電流加大的保護,例如當漏電很大時,或短路時,或瞬間電流很大時的保護。當查明原因,可以合閘繼續使用。正如上面所說,熔斷器的熔斷是電流和時間共同作用的結果,而斷路器,只要電流一過其設定值就會跳閘,時間作用幾乎可以不用考慮。斷路器是低壓配電常用的元件。也有一部分地方適合用熔斷器。 熔斷器和斷路器的性能比較: 熔斷器: 1、熔斷器的主要優點和特點 1)選擇性好。上下級熔斷器的熔斷體額定電流只要符合國標和IEC標準規定的過電流選擇比為1.6:1 的要求,即上級熔斷體額定電流不小于下級的該值的1.6 倍,就視為上下級能有選擇性切斷故障電流; 2)限流特性好,分斷能力高; 3)相對尺寸較小; 4)價格較便宜。 2、熔斷器的主要缺點和弱點 1)故障熔斷后必須更換熔斷體; 2)保護功能單一,只有一段過電流反時限特性,過載、短路和接地故障都用此防護; 3)發生一相熔斷時,對三相電動機將導致兩相運轉的不良后果,當然可用帶發報警信號的熔斷器予以彌補,一相熔斷可斷開三相; 4)不能實現遙控,需要與電動刀開關、開關組合才有可能。 非選擇型斷路器: 1、主要優點和特點 1)故障斷開后,可以手操復位,不必更換元件,除非切斷大短路電流后需要維修; 2)有反時限特性的長延時脫扣器和瞬時電流脫扣器兩段保護功能,分別作為過載和短路防護用,各司其職; 3)帶電操機構時可實現遙控。 2、主要缺點和弱點 1)上下級非選擇型斷路器間難以實現選擇性切斷,故障電流較大時,很容易導致上下級斷路器均瞬時斷開; 2)相對價格略高; 3)部分斷路器分斷能力較小,如額定電流較小的斷路器裝設在靠近大容量變壓器位置時,會使分斷能力不夠。現有高分斷能力的產品可以滿足,但價較高。 選擇型斷路器: 1、主要優點和特點 1)具有非選擇性斷路器上述各項優點; 2)具有多種保護功能,有長延時、瞬時、短延時和接地故障(包括零序電流和剩余電流保護)保護,分別實現過載、斷路延時、大短路電流瞬時動作及接地故障防護,保護靈敏度極高,調節各種參數方便,容易滿足配電線路各種防護要求。另外,可有級聯保護功能,具有更良好的選擇性動作性能; 3)現今產品多具有智能特點,除保護功能外,還有電量測量、故障記錄,以及通信借口,實現配電裝置及系統集中監控管理。 2、主要問題 1)價格很高,因此只宜在配電線路首端和特別重要場所的分干線使用; 2)尺寸較大。
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