熔斷器的基礎(chǔ)知識

一、熔斷器的熔體及其作用

1、熔斷器是一種最簡單的保護電器。 熔斷器的熔體俗稱保險絲、保險片，是用鉛錫、鉛銻、鋁合金或鋅等制成不同規(guī)格的圓或片狀，規(guī)格是以額定電流表示，還有一種特別的熔體是裝在成套供應的保險管中使用。

2、熔體是熔斷器的主要部件，當電網(wǎng)或電路中的用電設備發(fā)生過載或短路時，通過熔斷器的電流大于熔體規(guī)定值，熔體在熔斷器本身所產(chǎn)生的熱量作用下，通過自身熔化而自動斷開電路，避免由于過電流的熱效應和電動力引起電網(wǎng)及用電設備損壞，并阻止事故的蔓延，從而達到保護線路或電氣設備的目的。

二、熔斷器的選用

熔斷器的額定電流與熔體的額定電流不同，某一額定電流等級的熔斷器可以裝入幾個不同額定電流等級的熔體。 所以選擇熔斷器作線路和設備的保護時，首先要明確選用熔體的規(guī)格，然后再根據(jù)熔體去選定熔斷器。

1、選用原則

1）熔斷器的保護特性必須與所保護對象的過載特性有良好的配合，使其在整個曲線范圍內(nèi)獲得可靠的保護。

2）熔斷器的極限分斷電流應大于或等于所保護線路可能出現(xiàn)的短路沖擊電流的有效值，否則就不能獲得可靠的短路保護。

3）在配電系統(tǒng)中，各級熔斷器必須相互配合以實現(xiàn)選擇性，一般要求前一級熔體比后級熔體的額定電流大2～3倍，這樣才能避免因發(fā)生越級動作而擴大停電范圍。

4）只有要求不高的電動機才采用熔斷器作過載和短路保護，一般電動機過載保護宜用熱繼電器，而熔斷器則只作短路保護。

2、選用方法

1）根據(jù)電網(wǎng)電壓選用相應電壓等級的熔斷器；

2）根據(jù)網(wǎng)絡短路電流選用，并根據(jù)配電系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最大故障電流，選擇具有相應分斷能力的熔斷器。

3）熔斷器在電動機回路中作短路保護時，為避免在電動機啟動過程中熔斷，對于單臺電動機，熔體額定電流應不小于1.5～2.5倍電機額定電流；對于多臺電動機，總?cè)垠w額定電流應不小于1.5~2.5倍容量最大電動機的額定電流加上其余電動機的計算負荷電流。

4）對照明或電爐等負載的短路保護，熔體的額定電流應等于或稍大于負載額定電流。

5）采用熔斷器保護線路時，熔斷器應裝在各相線上。 在兩相三線或三相四線回路中的中性線上嚴禁裝熔斷器，因為中性線斷開會引起電壓不平衡，可能燒壞電氣設備。 在公共電網(wǎng)供電的單相線路上，中性線上應裝熔斷器，電網(wǎng)的總?cè)蹟嗥鞒狻?/p>

6）各級熔斷器使用時應相互配合，熔體額定電流下一級應比上一級小。

三、熔斷器的使用和維護

1、核對熔斷器額定電壓是否相符，額定分斷能力是否大于線路預期短路電流；

2、檢查熔斷器接觸是否良好，熔體是否受到損傷；

3、熔斷器周圍介質(zhì)溫度與被保護電器周圍介質(zhì)溫度應一致，以免保護特性產(chǎn)生誤差；

4、發(fā)現(xiàn)熔體已經(jīng)腐蝕、損傷或熔斷，應更換熔體，新?lián)Q的熔體應與原來規(guī)格一致；

5、更換熔體時應在不帶電時進行；

6、熔斷器上積有塵垢，應及時清除，對于有動作指示的熔斷器，應定期檢查，發(fā)現(xiàn)異常，即時處理。

四、低壓熔斷器

1、低壓熔斷器的型號及含義

2、低壓熔斷器的分類

低壓熔斷器按結(jié)構(gòu)可分為開啟式、半封閉式和封閉式三大類。

1）開啟式熔斷器

當熔體熔化時沒有限制電弧火焰和金屬熔化粒子噴出的裝置，僅適用于斷開短路電流不大的場合，這種熔斷器常與刀開關(guān)組合使用。

2）半封閉式熔斷器

熔斷體裝于管內(nèi)，管的一端或兩端開啟，對熔斷體熔化時電弧火焰和金屬熔化粒子噴出有一定的方向限制，減少了對人員的一些傷害，但仍然不夠安全，使用受到一定的限制。

3）封閉式熔斷器

熔斷體完全封閉在殼體內(nèi)，沒有電弧噴出，不會造成鄰近帶電部分飛弧和近處人員的危險。

3、低壓熔斷器的結(jié)構(gòu)

熔斷器主要由熔體和安裝熔體的熔管或熔座兩部分構(gòu)成。

1）熔體

熔體是熔斷器的重要部分，常做成絲狀或片狀。 熔體的材料有兩種，一種是低熔點材料，如鉛、鋅、錫以及錫鉛合金等； 另一種是高熔點材料，如銀和銅。

2）熔管

熔管是熔體的保護外殼，在熔體熔斷時還有滅弧的作用。

4、低壓熔斷器的參數(shù)

熔斷器的參數(shù)指的是熔管或熔座的參數(shù)，而不是熔體的參數(shù)。

1）熔體參數(shù)

熔體有兩個參數(shù)，即額定電流和熔斷電流。 額定電流是指長時間通過熔斷器而不熔斷的電流值。 熔斷電流通常是額定電流的兩倍，一般通過熔體的電流為額定電流的1.3倍時，應在一小時以上熔斷；1.6倍時，應在一小時內(nèi)熔斷；達到熔斷電流時，在30～40秒后熔斷；達到9～10倍額定電流時，熔體應瞬間熔斷。 熔體具有反時限的保護特性，流過熔體的電流越大，熔斷時間越短。

2）熔管參數(shù)

熔管有三個參數(shù)，即額定電壓、額定電流和斷流能力。

（1）額定電壓是從滅弧角度提出的，當熔管的工作電壓大于額定電壓時，在熔體熔斷時可能出現(xiàn)電弧不能熄滅的危險。

（2）熔管的額定電流是由熔管長期工作所允許溫度決定的電流值，所以熔管中可裝入不同等級額定電流的熔體，但所裝入熔體的額定電流不能大于熔管的額定電流。

（3）斷流能力是表示熔管在額定電壓下斷開電路故障時所能切斷的最大電流值。

5、低壓熔斷器的工作原理

低壓熔斷器的熔斷過程大致分為四個階段：

1）熔體串聯(lián)在電路中，負荷電流流過熔體。 由于電流的熱效應作用會使熔體溫度上升，當電路發(fā)生過載或短路時，電流使熔體過度發(fā)熱而達到熔化溫度。 電流越大，溫度上升越快。

2）熔體達到熔化溫度后便融化蒸發(fā)為金屬蒸汽。 電流越大，熔化時間越短。

3）熔體熔化的瞬間使電路出現(xiàn)一個小的絕緣間隙，電流突然中斷。 但這個小的間隙會立即被電路電壓所擊穿，同時產(chǎn)生電弧，電弧又將電路接通。

4）電弧發(fā)生后，如能量減小，則隨熔斷間隙的擴大而自行熄滅，但能量較大時就必須依靠熔斷器的熄弧措施。 為了減少熄弧時間和提高分斷能力，大容量的熔斷器都具備完善的滅弧措施。 熄弧能力越大，電弧熄滅越快，熔斷器所能分斷的短路電流就越大。

6、低壓熔斷器的安裝

1）安裝熔體時必須保證接觸良好，并應經(jīng)常檢查。 如果接觸不良使接觸部位的過熱傳至熔體，熔體溫升過高就會造成誤動作。 有時因接觸不良產(chǎn)生火花會干擾弱電裝置。

2）熔斷器及熔體均必須安裝可靠，否則會出現(xiàn)一相斷路，使電動機單相運行而燒毀。

3）拆換熔斷器時，要檢查新熔體的規(guī)格和形狀是否與更換的熔體一致。

4）安裝熔體時，不能有機械損傷，否則相當于截面變小、電阻增加，保護特性變壞。

7、常用的低壓熔斷器

1）無填料熔斷器

（1）插入式熔斷器

①RCIA系列瓷插式熔斷器俗稱瓷插保險，由瓷蓋、瓷底座、動觸頭、靜觸頭和熔體組成。 電源和負載接在瓷底座兩端的靜觸頭上，熔絲接在瓷蓋兩端的動觸頭上，便于更換熔絲。 瓷座中間有一空腔與瓷蓋突出部分構(gòu)成滅弧室，滅弧室內(nèi)填有用于熄滅電弧的編織石棉。

②瓷插式熔斷器應垂直安裝，更換熔絲時不得任意加大熔絲截面，不得用多根熔絲并聯(lián)代替一根較大的熔絲。 RCIA主要用于一般照明和小容量電動機的電源線路中。

（2）封閉管式熔斷器

①常用的有RM1、RM7、 RM10系列產(chǎn)品，下圖左面是15A和60A的熔斷器外形，右面是100A以上的熔斷器外形。

②下圖所示為100A及以上熔斷器的結(jié)構(gòu)，它由熔斷管和夾座兩大部分組成，其中熔斷管由鋼紙管、黃銅套管、黃銅帽、熔體和插刀組成。 熔體用沖成寬窄不均勻截面的鋅片組成，當短路電流通過時，兩個狹窄處首先同時熔斷，形成很大間隙以熄滅電弧，由于熔體裝在鋼紙管中，故熔斷時無熔化的金屬顆粒及高溫氣體噴出，保證操作人員的安全。

③封閉管式熔斷器主要用于交流電壓380V以下，直流電壓440V以下的系統(tǒng)內(nèi)。 熔體的熔斷電流一般為額定電流的1.32倍，超過1.62倍應能可靠熔斷。

2）有填料熔斷器

（1）螺旋式熔斷器

①RL1系列螺旋式熔斷器，俗稱螺旋保險器。

熔芯內(nèi)裝有絲狀或片狀熔體、石英砂填料和熔斷指示器，熔斷指示器上有色點，當熔體熔斷時，指示器跳出，可通過瓷帽的玻璃管口進行觀察。 熔斷管內(nèi)石英砂用于熄滅電弧，當產(chǎn)生電弧時，電弧在沙粒間受到強烈冷卻而熄滅，因此具有較高的分斷能力，極限分斷能力可達50kA。

②由于熔體具有較大的熱慣性，過負荷熔斷時間較長，因此也常用作電動機的保護裝置。

③為了保證用電安全，應將電源接到瓷底座上的下接線端，負載接到連接金屬螺紋殼的上接線端，這樣在更換熔斷管時，旋出瓷帽后螺紋殼不會帶電。

（2）快速熔斷器

①RSO、RS3、RLS系列有填料封閉管式快速熔斷器主要用于硅整流元件及其成套裝置中的過載保護和短路保護，其熔體在額定電流1.1倍時保證4h內(nèi)不熔斷；在熔體額定電流4倍時，熔斷時間為0.05～0.3s；6倍時，熔斷時間不大于0.02s。

②應當注意，快速熔斷器的熔體不能用普通的熔體代替，因為普通熔體不具備快速熔斷的特性，不能有效地保護半導體元件。

（3）封閉管式熔斷器

①RTO熔斷器的熔體是兩片變截面的網(wǎng)狀紫銅片，中間用錫焊成。 熔體周圍填滿石英砂，能在熔體熔斷時迅速滅弧。 熔斷指示器有與熔體并聯(lián)的康銅絲，熔體熔斷后立即熔斷，彈出紅色指示件，表示熔體已熔斷。

②RTO系列熔斷器的極限分斷能力大，廣泛適用于具有大短路電流的電網(wǎng)或配電裝置。

3）自復式熔斷器

（1）熔斷器熔體熔斷后無需更換，在短路電流由電源側(cè)自動開關(guān)分斷后，熔體能自動恢復原狀，可以繼續(xù)使用的熔斷器稱為自恢復式熔斷器，簡稱自復式熔斷器。

（2）自復式熔斷器本身不能分斷電路，常與自動開關(guān)串聯(lián)使用，接線原理如下圖所示：

自復式熔斷器使用金屬鈉做熔體，內(nèi)部有一裝滿金屬鈉的絕緣細管，正常運行時鈉的電阻率很小，可以順暢地通過正常負荷電流。 但在短路時，短路電流使金屬鈉急劇發(fā)熱而氣化，形成高溫高壓高電阻的等離子狀態(tài)，限制短路電流增加。 與此同時，金屬鈉氣化產(chǎn)生的高壓，通過一個活塞壓縮熔斷器里裝有氬氣的一個腔體。 故障電流一部分從自復式熔斷器通過，以符號Iz表示，另一部分從并聯(lián)電阻R流過。 故障電流使自動開關(guān)跳閘將電路分斷，電流消失。 故障電流被切除后，金屬鈉的溫度下降，壓力也隨之下降，活塞在氬氣壓力的作用下回到原來位置，并壓縮汽化的金屬鈉恢復到原來導電的金屬鈉，熔斷器可以繼續(xù)使用。

（3）自復式熔斷器與低壓斷路器串聯(lián)使用時，故障電流實際上是由低壓斷路器分斷的，自復式熔斷器所起的作用是阻止故障電流的數(shù)值。 低壓熔斷器分斷的電流，實際上是已被自復式熔斷器限制了的電流，這樣就減輕了低壓熔斷器的斷流容量，改善了低壓熔斷器的滅弧能力，可以在短路容量較大的電路中使用斷流能力較小的低壓斷路器。 上圖中的并聯(lián)電阻R有兩個作用：一是維持低壓斷路器跳閘線圈所需要的動作電流，二是在金屬鈉氣化時，熔斷器可能產(chǎn)生過電壓，電阻可以吸收由此產(chǎn)生的能量，保證低壓斷路器的分閘順利進行。 電阻R的數(shù)值應適當，過大可能使流過低壓斷路器的電流過小，降低低壓斷路器跳閘的可靠性，過小則限流作用不明顯。

五、高壓熔斷器

高壓熔斷器是人為在電網(wǎng)中設置的最薄弱的發(fā)熱元件，當過負荷或短路電流流過該熔體時，利用熔體本身產(chǎn)生的熱量使其自行熔斷，從而使電路斷開，達到保護電網(wǎng)和電氣設備的目的。

1、高壓熔斷器的型號及含義

2、熔體結(jié)構(gòu)特點及熔管內(nèi)石英砂的作用

1)熔體結(jié)構(gòu)特點

對用于高電壓、大電流電路的高壓熔斷器，要求其具有較大的分斷故障電流的能力。 用鉛錫合金或鋅熔體(絲)往往不能可靠地斷開電弧，因此要求用銅或銀質(zhì)熔體。 由于銅和銀的電阻率小，熱傳導率較大，所用熔體截面積較小，熔斷時產(chǎn)生的金屬蒸汽也少，易于滅弧。 銅和銀熔體的缺點是熔點高(分別可達1080℃和960℃)，在長期工作時，可能達到較高的工作溫度，易使熔斷器損壞。 同時，要使其快速熔斷必須流過較大的電流，否則會延長熔斷時間，這樣就對被保護設備很不利。 為消除這一缺點，在銅或銀制成的熔絲上，常焊以錫或鉛的小球，用以降低熔體的熔化溫度。 這個結(jié)構(gòu)特點使熔斷器性能更為完善。

2)熔管內(nèi)充填石英砂的作用

高壓熔斷器管內(nèi)充填石英砂后，當過載電流或短路電流使熔體熔化時，其金屬蒸汽及燃弧后的游離氣體受到高溫高壓的作用而噴射入石英砂之間的空隙，與石英砂表面接觸即受到冷卻凝結(jié)，使熔體蒸發(fā)后所留于管內(nèi)狹縫中的游離氣體與金屬蒸汽迅速減少，從而當電流自然過零時，電弧易于熄滅。

3、高壓熔斷器結(jié)構(gòu)原理

高壓熔斷器分為限流式和跌落式兩種，一般由熔管、熔體、滅弧填充物、動、靜觸頭、絕緣支持物及指示器等組成。 熔斷器的動作具有反時限特性，當通過熔體的短路電流越大，熔體的熔斷時間越短。

1）限流式熔斷器的工作原理

為了提高滅弧性能，限流式(RN型) 熔斷器的熔管內(nèi)裝有石英砂充填物，有利于快速滅弧，提高了斷路容量。 熔體是利用熔點較低的金屬材料制成的金屬絲或金屬片，串聯(lián)在被保護電路中，當電路或電路中的設備過載或發(fā)生故障時，熔絲熔斷產(chǎn)生電弧，由于石英砂對熔斷的強烈冷卻和去游離作用，使電弧在電流過零前迅速熄滅，并產(chǎn)生截流過電壓，為了有效熄弧，熔絲常用多根并聯(lián)，各熔絲之間及管壁間保持一定距離，以增加與石英砂的接觸面， 增強冷卻效果的同時避免電弧燒壞熔管和短接弧道。

2）跌落式熔斷器的工作原理

跌落式熔斷器熔管外層為酚醛紙管或環(huán)氧玻璃布管，內(nèi)層采用鋼紙管或蟲膠桑皮紙管等固定產(chǎn)氣材料，熔絲材料為銅、銀或銀銅合金。 安裝時使熔管軸線與垂線的夾角成30°，當過載或短路電流將熔斷絲熔斷后，活動關(guān)節(jié)釋放，上動觸頭在彈簧作用下從鴨嘴罩滑脫，熔管靠自動翻轉(zhuǎn)跌落，同時熔管內(nèi)壁在電弧作用下產(chǎn)生大量氣體，管內(nèi)壓力升高，氣體高速向外噴出，縱向吹弧在電流過零時將電弧熄滅，跌落式熔斷器的滅弧速度不高，因此無限流作用。

4、高壓限流熔斷器的主要參數(shù)和特性

1）額定電壓

是指高壓限流熔斷器分斷后長期承受的電壓，一般等于或大于設備或線路的額定電壓。

2）額定電流

分為熔斷器和熔體的額定電流，是指長期通過的電流。 一般為設備額定電流的1.5~3倍。

3）額定開斷能力

是指在故障條件下可靠地開斷過載或短路電流的能力。 一般用開斷電流或開斷容量表示。

4）絕緣水平

一般用工頻耐壓和雷電沖擊耐壓來表示。

5）安秒特性

是指高壓限流熔斷器動作時間與通過熔斷器電流的關(guān)系，由制造廠提供。

5、常用的高壓熔斷器

1）RN型戶內(nèi)高壓限流熔斷器

常用的戶內(nèi)高壓熔斷器，以RN1系列和RN2系列產(chǎn)品為例，均為充填石英砂封閉管式熔斷器。

（1） RN1系列熔斷器

RN1系列熔斷器主要由熔管、熔體、黃銅端蓋、石英砂等組成。 熔體是由銅、銀或康銅制成的1根或幾根并聯(lián)的細絲。 額定電流小于7. 5A的熔體，根據(jù)額定電流的不同，由1根或幾根鍍銀銅絲繞在瓷芯上制成，并在熔體中間焊有小錫球； 額定電流大于7. 5A的熔體，由兩種不同直徑的銅絲制成螺旋形，連接處焊有小錫球。 在熔管內(nèi)裝有鋼指示熔體，其下端與指示器連接，當熔體熔斷后，指示器被彈簧推出。 它適合于3～35kV電力線路和電力變壓器的過負荷和短路保護。

（2） RN2系列熔斷器

RN2系列熔斷器的結(jié)構(gòu)與RN1系列熔斷器的結(jié)構(gòu)基本相同，但RN2系列熔絲只有一根，也沒有熔斷指示器。 它適合于3～35kV電壓互感器的短路保護，運行時是根據(jù)電壓互感器副邊電壓表的指示來判斷熔體是否熔斷。

2）RW型戶外高壓跌落式熔斷器

常用的戶外高壓熔斷器，以RW4-10型和RW9-35型產(chǎn)品為例，均為充填石英砂封閉管式熔斷器。

（1） RW4-10型戶外跌落式高壓熔斷器

正常運行時串聯(lián)在線路中，熔管下部動觸頭借助熔絲張力拉緊后，推入上靜觸頭內(nèi)，鎖緊成閉合位置。 當線路發(fā)生故障時，故障電流使熔絲迅速熔斷，形成電弧。 消弧管因電弧的高溫分解出大量氣體，使管內(nèi)形成很大的壓力，并沿著管道形成強烈的縱向吹弧，使電弧迅速拉長而熄滅。 熔絲熔斷后，熔管下部觸頭失去張力而下翻，使鎖緊機構(gòu)釋放，熔管在其自重和觸頭彈力作用下翻轉(zhuǎn)跌落，造成明顯的斷開間隙。 這種跌落式高壓熔斷器采用“逐級排氣”的結(jié)構(gòu)，為防止進水，正常運行時上端是封閉的。 當分斷小故障電流時，由于上端封閉形成了單端排氣，使管內(nèi)保持較大的壓力吹滅小故障電流產(chǎn)生的電弧。 當分斷大的故障電流時，由于產(chǎn)生的氣壓大，使上端沖開兩端排氣，既有效地吹滅了大小電弧，又有效地防止了熔管受到較大的機械壓力而損壞。

（2） RW9-35型戶外限流式熔斷器

RW9-35型戶外限流式熔斷器，由熔管、瓷套、接線端帽、緊固法蘭、棒形支持絕緣子等部分組成。 熔管裝在瓷套中，熔體裝在填充石英砂填料的熔管中。 它具有體積小、重量輕、滅弧性能好、斷流能量大、限流能力強、維護方便、熔體可更換等優(yōu)點，可提高電力系統(tǒng)的運行可靠性。