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一、熔断器
熔断器是一种开断电器,由单个或多个专门设计的熔体的协调的零部件组成,当电流超过给定值到足够时间,就断开它所插入的电路而分断电流。熔断器承担着保护电气设备和电网的重要任务,并且限制了不可避免的事故发生和确保了用户供电。
按照保护对象的不同,分为三种:电力熔断器,电压互感器保护用熔断器,电容器保护用熔断器
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(1)熔断器发展史简介
1879年,最早的熔断器如下图所示,是由两根铁丝连接到一个金属球上,金属球用铅锡合金或其它低熔点导电材料制成,当有足够大的电流在足够长的时间内通过熔断器时,金属球会熔化而坠落,使得电路分断。
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为了用于高压线路的开断,英国人制造了造价很高的油浸式熔断器。美国也在较高电压下推广应用油浸式熔断器。
高压喷射跌落式熔断器,开断能力在数百~几千安培,已经有一百多年的历史。有单端、双端和逐级排气三种。灭弧原理是利用熔体自身熔断,形成电弧,然后在电弧高温作用下,将灭弧管内的产气材料气化产生大量气体,再依靠此气体在电流过零时将电弧吹灭。
高压限流式熔断器,主要用于3~35kV系统。它的基本结构都是由瓷管或环氧玻璃纤维管、绕于柱式骨架上的熔丝、灭弧介质和指示触发器等组成。并在两端密封。它的触发器目前有三种:弹簧式、炸药式、鼓膜式。灭弧原理是靠石英砂的强烈冷却作用,使得短路电流在达到最大值之前就被切断。因此,它的开断能力较大,开断时间也特别短。
真空熔断器,体积小,额定电流数百安培,开断电流可达30kA以上。
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不同熔断器组合组成全范围熔断器。
(1)由限流式和喷射式组成的高压全范围熔断器。限流式熔断器因石英砂具有限流作用,开断大故障电流能力很强,而开断低过载电流比较困难,喷射式熔断器对低过载电流的开断能力较强,而大电流故障的开断较为困难。将两者优点结合起来就可以组成全范围熔断器。
(2)由限流式和真空式组成的全范围熔断器。真空熔断器的特点是对大电流(50kA以上)不能起限流作用,而对小电流易于开断。因此它与限流式组合起来可以达到全范围保护的目的。
(3)熔体由两种不同熔点的金属串联构成的全范围熔断器。这种熔断器的熔体是由在带状银熔体中间串入一种熔点较低的金属(如金硅合金)构成,其外面套有产气的辅助灭弧管。
(4)采用冶金效应达到全范围保护的限流熔断器。它是在一般限流式熔断器的带状银熔体的表面敷置低熔点金属小球(如锡珠)以构成冶金效应点,这样可利用冶金效应使熔体在较小电流时熔断以开断低过载电流,而利用一般限流式熔断器在大电流的限流作用开断大的短路电流。
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(2)技术参数
①时间-电流特性:分为弧前时间-电流特性和熔断时间-电流特性。下图所示为熔断器的时间-电流特性曲线:
1——弧前时间-电流特性
2——熔断时间-电流特性
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②额定电压:熔断器长期工作时和分断后能承受的
电压;
额定电流:允许长期通过的电流。
③额定分断能力:指在规定使用条件(线路电压、
功率因素或时间常数)下,熔断器所能分断的预期电
流(交流为有效值)。
④截断电流特性:指在规定的使用条件下,表示
截断电流与预期电流的关系特性,截断电流是任何非
对称情况下所能达到的最大值。
⑤I2t:表示被熔断器所保护的电路中1Ω电阻所
释放的焦耳能。
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(1)熔体狭颈的形状对时间-电流特性的影响
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(2)熔体材料和熔体厚度的应用范围
在高压限流熔断器中,通常采用纯银作为熔体材料。熔体厚度的选择要从各方面来考虑,如熔体的结构强度、正常工作下的散热状况和开断短路电流时的突然发热等,但主要考虑正常工作下的散热。经常用2片熔体并联来替代相同电流密度的熔体,这样,正常工作下的温升有显著降低。
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(3)冶金效应的应用
为了缩短熔断器在过载电流时的熔化时间,常在熔体上设置软锡焊点。当熔断器一旦发生过载现象,则在熔体的软锡点上发生扩散过程,即软锡焊点处的锡会渗透到纯银熔体材料中,这种现象称为金属的扩散作用,也称冶金效应。利用软锡焊点可以降低纯金属的熔化温度。举例来说,纯银的熔点为960度,而加入软锡后,软锡焊点处的熔点可降低到220度左右,可以大大缩短过载电流的熔化时间。
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