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如何選用熔斷器

如何選用熔斷器: 問提問者：網友 | 2017-06-16

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　　這個問題比較概括，下面的內容供您參考：　　整流變電是氯堿行業中重要環節，而快速熔斷器半導體電力整流變電保護中配置至關重要，一旦設備定型后，快速熔斷器選用會直接影響直流供電質量和用電效率等整流變電參數。　　電力半導體器件熱容量小，故障狀態下必須要有快速熔斷器保護，而快速熔斷器具有與半導體器件類似熱特性，是一種良好保護器件。本文涉及是封閉式有填料式快速熔斷器，運行中沒有外部現象。　　1 快速熔斷器配置　　快速熔斷器半導體電力整流器保護中配置一般分2類。　　1.1 變流臂內部并聯支路配置保護式　　此類型主要用于大功率和超大功率整流器保護。當變流臂中某一支路器件因某種原因損壞時（每一支路設備功率不同，一般并聯幾對快速熔斷器和半導體整流元件串聯而成，圖1僅標出1對快速熔斷器與半導體整流元件），導致與之串聯快速熔斷器保護分斷后，一般情況下僅1個器件出故障，并不影響整個整流器正常運行。目前，唐山三友集團冀東化工有限公司半導體電力整流器保護中配置就屬于變流臂內部并聯支路配置保護式，運行效果很好，如圖1所示。　　1.2 分相配置總體保護式　　此類型主要用于中、小功率整流器保護。當某一變流臂中器件因某種原因損壞時，導致該相快速熔斷器保護分斷后，整流器保護將自動切斷供電電源，停止向整流器供電，氯堿行業不常用該配置，如圖2所示。　　2 快速熔斷器選用　　也稱電壓電流法。線路變流變壓器線電壓應低于快速熔斷器額定電壓。經電力半導體器件與快速熔斷器串聯短路實驗驗證，以半導體額定電流乘以系數，做為所選用快速熔斷器額定電流。因快速熔斷器額定電流是有效值，而半導體器件額定電流是平均值，針對上述第一類配置方案（圖1），對第一代產品RS0、RS3系列（我國快速熔斷器發展史可分為4個階段，第一代是全國聯合設計RS0、RS3系列，參數為480A、750V以下，分斷能力為50kA，是一種體積較大、價格低廉、電壽命短初級產品，目前尚有相當裝機量）而言，該系數可按整流管為1.4、晶體管1.2、快速晶體管為1來選配，如ZP1000配1400A快速熔斷器。針對上述第二類配置方案（圖2），則可依據閥電流Iv以及變流裝置負載特性選擇快速熔斷器，再按整流器可能產生最大故障電流，來選擇有足夠分斷能力快速熔斷器，如50kA或100kA，其中50kA為合格品，100kA為一級品。　　3 快速熔斷器應用特性　　3.1 電流能力　　快速熔斷器額定電流是以有效值表示，一般正常電流為標稱額定電流30%～70%。快速熔斷器使用時或其一端被半導體器件加熱而另一端被水冷母排冷卻，或雙面都被水冷母排冷卻；或進行強制風冷來控制溫升使之保持電流能力。　　整流器中快速熔斷器接頭處連接狀況直接影響著快速熔斷器溫升和可靠運行，為此必須保持接觸面平整和清潔。如無鍍層母排接觸面要去除氧化層，安裝時給予規定壓緊力，最好使接觸面產生彈性變形。并聯快速熔斷器要求逐個檢測接觸面壓降。　　3.2 快速熔斷器溫升與功耗　　快速熔斷器功耗W=ΔUIw；ΔU=f(Iw)式中：Iw---工作電流；ΔU---快速熔斷器壓降。　　快速熔斷器功耗冷態電阻有很大關系，選用冷態電阻較小快速熔斷器有利于降低溫升，電流能力主要受溫升限制。如前所述，快速熔斷器接頭處連接狀況也影響著快速熔斷器溫升，要求快速熔斷器接頭處溫升不應影響其相鄰器件工作。實驗證明，快速熔斷器溫升低于80℃時可以長期運行，溫升100℃時制造工藝穩定產品仍能長期運行，溫升120℃是電流能力臨界點，若溫升達到140℃時，快速熔斷器不能長期運行。　　目前，化工行業一般采用水冷母排和風冷方式來降低快速熔斷器溫升。水冷母排尤其對低電壓規格快速熔斷器如400～600V效果更佳。快速熔斷器端子與水冷母排連接端溫差一般1.0～2.0℃。許多大功率快速熔斷器是按水冷條件設計，，用戶使用前應向制造廠垂詢。風冷也是一種減少溫升有效方法，風速能力曲線來確定風速對快速熔斷器溫升影響，風速約5m/s時一般可以提高25%通流能力，風速若再增加將不會有明顯作用。　　制造廠提供快速熔斷器電壓降曲線以及額定電流下功耗，測量快速熔斷器兩極端子間電壓降可以快速計算出該支路實際電流。　　另外，同樣通流情況下，溫升還與快速熔斷器是否采用單一或雙并有關。先進工業國家制造大功率整流裝置中多采用快速熔斷器雙并與半導體器件串聯，如700A×2、1400A×2、2500A×2。雙并結構快速熔斷器端子可以盡量減薄，以減小電阻。有一類雙并連接快速熔斷器靠螺栓和連板連接，另一類是連板（端子）與2個熔體（端子）焊為一體結構，此類結構比較先進。電壓較高快速熔斷器其內阻較大，尤其是800V以上產品，外殼瓷套有一定長度，表面積較大，而熔體產生熱量經由填料、外殼傳導散熱，故電壓高快速熔斷器風冷效果較顯著。　　3.3 分斷能力選擇　　快速熔斷器外殼強度很大程度上確定了對最大故障電流分斷能力。其次，快速熔斷器內部金屬熔片形狀、填料吸附金屬蒸汽能力和熱量、熔斷體電動力等都影響分斷能力。設計整流器時應計算“整流變壓器”相間短路電流，并按此電流選用具有足夠分斷能力快速熔斷器。分斷能力不足快速熔斷器會持續燃弧直至爆炸，嚴重時會導致交直流短路，故額定分斷能力是一個安全指標。　　另外，產品制造分散性也是影響分斷能力因素之一。　　易于忽視問題是短路故障時線路功率因數，快速熔斷器分斷時所產生電弧能量大小與電路感抗大小有很大關系，當線路功率因數cosφ＜0.2時對分斷能力有特別高要求。　　快速熔斷器分斷時能量Wo=Wa+Wr+W1　　式中：Wa---電弧能量；Wr---電阻消耗能量；W1---線路電感釋放能量。　　分斷能力滿足“整流器”要求時，還要注意分斷瞬間電弧電壓峰值（標準中稱為“暫態恢復電壓”）不能過高，要快速熔斷器制造時予以限制，使其低于半導體器件所能承受最大值，否則半導體器件將會損壞。故分斷時間最短熔斷器不一定最適用。　　當快速熔斷器用于直流電路中時，直流分斷過程中不存電壓過零點，這對快速熔斷器可靠分斷是一個苛刻條件，一般情況下快速熔斷器若用直流電路中只能用到快速熔斷器額定電壓60%，最好選用直流快速熔斷器。　　3.4 I2t選擇　　熔斷器熔斷時間t與熔斷電流I大小有關，其規律是與電流平方成反比。圖3表示t∞1/I2關系曲線，稱為熔斷器秒-安特性曲線。　　各種電器設備（包括電網）都有一定過載能力，當過載較輕時可以允許較長時間運行，而超過某一過載倍數時，相應要求熔斷器一定時間內熔斷。選擇熔斷器保護過載和短路，必須了解用電設備過載特性，使這一特性恰當處熔斷器秒-安特性保護范圍之內。　　由圖3可見，熔斷電流Io熔斷時間理論上是無限大，稱為最小融化電流或臨界電流，即熔體電流小于臨界值就不會熔斷。選擇熔體額定電流Ie應小于Io；通常取Io與Ie比值為1.5～2.0，稱作熔化系數。該系數反映熔斷器過載時不同保護特性，如要使熔斷器能保護小過載電流，融化系數就應該低些；避免電動機起動時短時過電流使熔體熔化，融化系數就應高些。　　快速熔器電流能力滿足系統短路電流要求后，發生短路故障時可以隔離故障電流，但能否保護所串聯半導體器件則必須分析二者I2t值。當快速熔斷器I2t值小于半導體器件I2t值時，才能對半導體器件起到保護作用。短路故障時I2t值分為兩個階段，即弧前I2t和熔斷I2t。熔體金屬從固態轉為液態時間是弧前時間，大約1.0～2.0ms，可以認為是絕熱過程，此時間段快速熔斷器產生電流時間積分可以認為是一定值，由設計來確定。弧前I2t值不同材料其值同，每一種材料它是一個常數。當熔體金屬變為蒸氣時電弧始燃，燃弧過程中電流由限流值降至零，此階段I2t即為熔斷I2t，它是一個變量。這一過程主要依靠填料被腐蝕而吸收能量。　　設計快速熔斷器時，為滿足半導體器件不斷提高額定電流，要采取許多措施，而不能簡單用算術方法來選擇快速熔斷器。實驗證明，當額定電流增加1倍時，快速熔斷器I2t值是原來4 倍，而半導體器件I2t值增加要小多。要使快速熔斷器降低I2t值有較大難度，多方面采取措施，如合理熔片分布、縮短熔體長度、減小電弧柵和提高滅弧材料熄弧能力等。I2t值是精選快速熔斷器重要指標之一。　　3.5 絕緣電阻　　快速熔斷器分斷后絕緣電阻指標由經驗證明是很重要。20世紀90年代大量產品中加入了鉀鹽、鈉鹽，鈉鹽可以提高電弧柵分斷能力。而制造較差快速熔斷器分斷后絕緣電阻大多低于0.3MΩ，有漏電現象，特殊情況下切斷故障后經一段時間又重燃，這將引起更大故障。質量好快速熔斷器（加入了鉀鹽、鈉鹽）分斷后應形成0.5MΩ以上絕緣電阻。快速熔斷器分斷10min后能達到大于1～30MΩ絕緣電阻，可認為有良好可靠性。　　另外，使用快速熔斷器時還要考慮其壽命及可靠性；分斷后絕緣電阻指標（＞0.5MΩ）；盡量低暫態恢復電壓；不使用有隱形故障產品等。: 回答者：網友

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