熔断器是当电流超过规定值一定时间后,以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电器的保护电器,它是集感应、比较与执行于一体的最简单且性能优异的保护电器,在低压配电线路中作短路和过载保护用。由于熔断器对过载反应不灵敏,所以不宜用于过载保护,主要用于短路保护。
熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管和熔座组成。其中熔体是主要部分,既是感受元件又是执行元件。熔体可以做成丝状、片状、带状、笼状,材料有两类:低熔点材料,如铅、锌、锡及铅锡合金;另一类为高熔点材料,如银、铜、铝等。熔管的材料为陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维。
2、熔断器的主要工作原理和主要技术参数:
熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。它主要有熔体和安装熔体的导电零件组成,此外还有绝缘座和绝缘管组成。
使用时,熔体被保护电路串联,当电路为正常负载电流时,熔体温度较低。如果电路发生短路故障时,电路电流增大,熔体发热。当熔体温度升高到熔点时,自行熔断,分断故障电路,达到保护线路的目的。
3、熔断器工作的物理过程:
1).熔体升温 当电路中出现短路电流时,使熔体温度升高到熔化温度,但熔体仍然处于固体状态,并没有开始熔化。此时,电流越大,温度上升越快。
2).熔体熔化 熔体继续吸收热量,其中部分金属开始从固体状态转变为液体状态。由于熔体熔化需要吸收一部分热,因此,这个阶段内,熔体温度始终保持在熔点。
3).电弧产生 熔化了的金属继续被加热直至汽化,即出现金属蒸汽。此时,由于瞬间小的绝缘间隙的出现,电流突然中断,此时的电路电压会立即击穿此间隙,产生电弧,从而使电路又一次接通,形成第二次加热阶段。
4).电弧熄灭 电弧形成后,若能量较小,随熔断间隙的扩大将自行熄灭;否则,电弧燃烧扩散到填料中,使熔体间隙进一步扩大,以致电弧不能继续燃烧,电弧熄灭。于是熔断器真正切断电流,起到保护电路的作用。
弧前过程主要特点:熔体的升温与熔化,熔断器对故障做出反应。
弧后过程主要特点:含有大量金属蒸汽的电弧在间隙内蔓延、燃烧,最后被熄灭。此过程的持续时间取决于熔断器的灭弧能力。
图1 熔断器的保护特性曲线 图2 熔体的熔化过程
t—熔断时间;I—流过熔断器的电流
Ir—最小熔化电流
4、常用熔断器
1).RC1A系列的瓷插式熔断器
俗称瓷插保险,由瓷插座、瓷插头组成,瓷插座上有静插座和接线螺钉,中间空隙与瓷插头突出部分形成灭弧室,电流较大时灭弧室中垫石棉编织物,防止熔体熔断时,金属颗粒喷溅。
铅锡合金丝 额定电流5-15;极限分断能力 0.25-0.5
铜丝 额定电流30-100;极限分断能力1.5-3
变截面紫铜片 额定电流200;极限分断能力3
2).RM10系列:
由熔断管、熔体、静插座组成。
熔体是变截面的锌片,静插座安于绝缘底板上。熔断管由钢化纤维制成,管内无填料,熔体 熔断时,电弧在管内不会向外喷出。额定电流15-1000,分断能力1.2-12
3).RT和NT有填料封闭管式熔断器
主要由熔管和底座组成,熔管包括管体、熔体、指示器、触刀、盖板和石英砂,管体采用陶瓷,具有较高的机械强度和耐热性能,管内装有工作熔体和指示器熔体。熔体通常由薄紫铜片冲制成变截面形状,中间部分用锡桥连接,装配时一般将熔片围成笼状,以增大熔体和石英砂的接触面积,从而提高熔断器的分断能力,又使管体受热均匀而不容易断裂。熔断指示器是一个机械信号装置,指示器上装有与熔体并联的铜丝。当电路短路时,熔体熔断后,电流转移至铜丝上迅速熔断,指示器在弹簧作用下立即向外弹出,显示红色信号,表示熔体熔断。
4). 快速熔断器 又称半导体器件保护器,
常用的有RS系列有填料快速熔断器、RLS系列螺旋式快速熔断器、N GT系列半导体器件保护用熔断器
RS0主要用于硅整流元器件及其成套装置的短路保护
RS3主要用作晶闸管及其成套装置的短路保护
RLS与RS熔体材料和结构不同,主要用于小容量的硅整流器件和晶闸管的短路保护。
NGT用于半导体保护。
5). 自复熔断器
大功率非线性电阻元件,具有良好的限流性能,常与低压断路器串联使用提高分断能力。优 点:当故障排除后,迅速复原,不需要更换熔体,再次投入运行。
自复熔断器的结构,主要由电流端子(又叫电极)、云母玻璃(填充剂)、绝缘管、熔体、活塞、氩气和外壳等组成。其中,自自复熔断器的外壳一般用不锈钢制成,不锈钢套与其内部的氧化铍陶瓷绝缘管间用云母玻璃隔开,云母玻璃既是填充剂又是绝缘物。
自复熔断器的接线,它常与断路器串联使用,本身先并联一只附加电阻,以抑制分断时出现的过电压。正常工作时,自复熔断器呈低阻状态,并联电阻仅流过很小电流。而当线路发生故障时,自复熔断器呈高阻状态,并联电阻可吸收它所产生的过电压,并维持断路器脱扣器所需要的动作电流,保证断路器可靠分断。因此,断路器分断的电流实际上是自复熔断器的限流电流。