熔断器手册中文版

• 坛a 出版: NH-HH 回收应用协会 作者: Dr.-Ing. Herbert Bessei 博士 中文翻译:管正明先生 译文审定:王季梅教授 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 Administrator 线条 弧前时间三阜豆豆特盹 1容断时间一电流特性，熔断时间为弧前时间和燃弧时间之和 ( 图5 . 4) 。 • • 也必须保持足够的尺寸，以便 防止残躯接触 (管子的)内壁 和管子因巨大的温差而爆炸。 对于在时间 电流特性中通常呈现的时间超过 100 ms 时，弧前时间和工作 时间在实际上是一样的 。 燃弧时间必须被认为只有几毫秒的很短的切换时间 。 制造商 通常在他们的数据表上提供平均的时间-电流曲线，其允许沿横坐标的偏差 ， HH 熔 断器的为:J:: 20 % ，阳和 D 型熔断器的为士 10% 。 在控制严格的制造条件下，能够达 到对 HH 熔断器:J:: 10 %和对 NH 熔断器:J:: 7%这样较小的公差。 对于-些例如按照 VDE 0671 第 105 部分的高压开关一熔断器组合这样的应用，就要求这些较小的公差。 的朋熔断器， 的田熔断器 图 5.5 有效的限流所需的足 够高的切换电压通过高压和由 熔化石英沙而得到的强烈的冷 却效果的交互作用而实现 。 高 短路电流在熔断器管中产生高 时间一电流特性的在任何情况下，必须满足在 VDE 0636 中规定的 压(直至 100 巴)且在分断过 程中有一个增压作用 。 分断能力只受到熔断器管的抗压性能的限制。 公差。 被绘制成截断曲线并由制造商 截断特性 被熔断器所限制的一个短路电流的最大瞬时 提供(图6 . 2) 。 6.2 所要求的打印在熔断器上的最大吃监盖DIIE必须大于在工作期间可能遇到的 预期最大短路电流。 为了确保满足正常操作所需的理想条件，一个最小分断电流是必 须要求的，以便使熔断器内部的压力能达到足够高的值。 HH 后备熔断器不能开断较 低的电流。 如果熔体的狭颈在低于最小分断电流值时熔化，电弧将长时燃烧直至沙子 熔化乃至邻近的管子毁损。 如果安装条件如上所述，就会导致严重的后果。 从图表上能够读得熔断器将预期短路电流减少多少数量。 必须注意，纵坐标 上显示的是瞬时值，即确定导线之间的电磁力的电流值。 横坐标上表示的预期短路电 流是从短路电流的计算得到的 50 Hz 交流有效值。 如没有一个熔断器提供的保护，这 个预期短路电流将在故障地点流动。 图 6 . 2 给了一个例子，在临近发电机处，有-个 交流 25kA (有效值)的预期短路电流， 一个直至 70kA 的最大冲击短路电流(图上极 限)可能发生 。 在远离发电机(虚线底下)处发生的短路电流，其最大峰值可能是 35 kA。一个 250 A "gG" 的熔断器可以将该短路电流限制至一个截断电流 iD = 口 kA ， 而一个 63 A 熔断器可能允 I . -_- _------- 许只有 5 kA 的电流通过。 1 ，1:+铺 所要求的打印在熔断器上的最小分断电流 13 1是熔断器的额定特性之一。 在时 间一电流特性中以虚线标注的部分显示了称作"禁止范围"的低于 13 的电流，即使 熔体熔化，熔断器仍不能分断该熔化电流。 如果在安装 HH 后备熔断器的地方预期会 遇到在时间一电流特性上虚线区域内的电流，必须提供额外的保护装置，例如像开关 一熔断器组合那样设计为能开断这样电流的保护装置(见 15 节) 。 特性 -对任何应用可按特性的要求进行设计 时间一电流特性6.1 6 25( 63 1庞制1，(1:+ω 电流 I!去培 0 .01 旬0 1庞+臼 ,E+05 断 电 1段。2 1 ，庄+但 流正喇 安 培，E+03 过电流开始至熔体狭颈部熔化之 间的时间间隔(弧前时间)取决于过电流 的大小 。 这样，对个别的熔断器而言，对 于每个过电流， 弧前时间具有个别化的特 征 。 弧前时间和开断电流之间的关系被称 为特性并绘制为时间一电流曲线。( 图 6. 1) ，该曲线是表征一个熔断器的重要 参数。 为了利于曲线的比较，用双对数 坐标实现了国际化。 对于部分范围的 熔断器，熔断器不能工作的禁止区域，即 使达到了熔化温度，也被表示为虚线 ( 图 6. 1) 。 -··· 万 - i z-- l 言4 唱A A-----令····· ·‘ - .. J : -t Tf飞 .. . -_. . . . ..τ . ι i i i . ., I I I 白 0 ,1 6.2 时间 电流特性是用来确定保护 效果和协调熔断器与其他保护器件的重要 数据 。 下列特性之间是有区别的 : 10000 旬00 秒 _ 6.1 时间一电流特性 21 20 6.3 有效时间和"不易理解清楚的" 12t 制造商提供的时间-电流特性对于正确的选用熔断器是很重要的数据。 它们 用于弧前时间在100ms以上的熔断器之间的协调及熔断器和开关装置之间的协调。 对 于弧前时间在100 ms 以上的，特性曲线中给出的值是实际的(真实的)弧前时间 。 对 于时间主100 ms以下的，反映在曲线上的是有效时间，它能够从弧前I气积分简单地 算出。[l茸~可以作为选择之一而发展 。 这样一个民值表示了-个引起熔断器动作 的电流的热效应(因此，它也被称之为"属耳加址" ) 7 选择性 -提供更强的供电可靠性 在电力系统中保护装置的选择性是保证供电可靠性的一个重要的先决条件。 选 择性保护提供了电能效能的改善和万一故障发生时对它所造成的损害的限制。 尽管熔 断器和其它器件例如断路器的组合能够提供选择性，但依靠熔断器也能容易地实现选 择性保护 。 y、有 !日保持供电。 这意味着在故障发生时要求该故障电流只由那个被指定保护这个故障分支线 路的保护电器直接去清除 。 所有其它保护电器不允许熔断和动作，并且保持不受损 害 。 选择性按类分为: • 全选择性，如果它用于全范围故障电流。 部分选择性， 如果它仅用于一个有限范围的故障电流。 以下的例子是用来一 些常见的选择类型 。 7.1 熔断器之间的选择性 因为熔断器的弧前时间一电流曲线实际上在全电流范围是平行而互不相交的 (图7 . 1) ，所以用熔断器就能相当容易地实现选择性保护。 对于放射状电力系统，用标准的"gG" 熔断器实现选择性保护是最简单的 。 n 则决定性地取决于在该时间 ，而 。 短路电流的级数曲线是由切换的电角度和系统阻抗有效确定的。 为了对熔断 器的熔化性能进行定义，因而需要计算时间一电流曲线中的有效弧前时间 。 通过计算 在弧前时间段内电流平方曲线下的区域的积分， 可以确定需荒直商前间址。 先将该积 分转换成一个面积与它相等的矩形， 该矩形的高度为短路电流有效值平方1eff' (图 6.3) 。 从示波器探知熔化积分 J i 'dt和交流短路电流有效值1eff，并使用下列公 式 : 1eff' t , = J i 'dt ，算得有效弧前时间t，" 对子100ms以下的时间范围 ， 熔断器特性中表述的有效时间因而不允许用作熔断器与 开关装置的协调。作为替代， 1't值必须作为该范围中比较的基础。 这个规则也适用与用在不同线路中的熔断器，例如在有不同电流的三相电力系 统中的不同相中 。 电流平方 这样确定的有效弧前时间是 基于这样一个假设，即电流上升到交 的短路电流发生的瞬间 ， 象 直流电流那样，电流保持不变直至窄 细部位熔化。 在实际和有效弧前时间 之间，特别是在高冲击短路电流时， 自然有大的偏差(图6. 3) 。 对于较 长的弧前时间，该偏差较小，如对 100 ms的弧前时间的偏差可以忽略不 计。 实际弧前时间 3 12 毫秒 很容易就能理解熔断器特性 中给出的在短时范围内的有效时间不 能与机械开关的实际(真实) 时间或 者与操作机构的响应时间进行比较。 1 : 1. 6 比率( 间的比率)分布的电流等级、1 I I 16 A 至 1250 A 的"gG"熔断器川 时 总是用来作为全范围故障电流的iI 阀 对于包括 HH 烙断器在内 秒 ' 的所有其它熔断器，选择性是基 ' m I : 于制造商提供的数据计算出来 l 0.1 的 。 弧的时间一 电流特性用于确 定过载保护 。 对于短路开断(弧 前时间在 100 ms 以下)的计 i f 弧前 算，必须考虑熔断时间(弧前时 间+燃弧时间) ( 图 7 . 1) 。 ι 时间 布数量‘"时帽: 31.2 毫害' 。 旬 20 30 40 6.3 时间 I 间和有效时 之 上一级具有较高额定值的熔 弧前时间大于近区故障端 断器的 0.01 100 旬00 且… …一咽。日B 圄 7.1 在放射状电力系统中的选择性保护 相应的焦耳积分(I't值)可以代替时间一电流特性使用 。 22 23 7.3 家用装置的选择性 对于住宅装置，脱扣和分断能力显著不同的保护 电器大部分用于在馈电线上的串连 。 这些电器必须相 互协调它们的选择性。 在按照 D1N VDE 0636 装有 NH 熔断器的入户总配电箱和按照 D1N VDE 0641 装有小型 断路器 (mcb) 的分支配电箱之间 ， 要求在电表前级安 装一个过流保护电器 ， 且该电器能在运行时与两者的 器件具有选择性。除了 阳 熔断器或与" gG" 特性 DO 熔断器组合的开关之外 ， 这个过流保护电器也选用符 合 D1N VDE 0643 草案或 D1N VDE 0645 草案的选择性 主开关 (SH 断路器) ， 它和小型断路器选择性地互相 作用(图 7 . 4) 。 对于在小型断路器后级的短路故障(插座出 口的 短路故障) , NH 或 DO 熔断器的使用只提供故障电流小 于 1D 的部分选择性。 对于较大的故障电流， 安装在电 表前级的熔断器也会熔断(图 7 . 4 右〉 。 在故障电流 最大至小型断路器的分断能力的情形下 ， SH 断路器能选择性地运行(图 7 . 4 左〉 。 在两种这样的故障情形下，如果进户熔断器的额定电流有适当的协调的话，该熔断器 将保持不受影响。这对临近故障的其他公寓的持续供电， 具有决定性的重要性 。 万一在一个分配电箱的前级发生短路故障(垂直母线电缆短路故障) ， 按照 1 : 1, 6 的额定电流比率选用的两个"gG" 熔断 器将在直至最大故障电流范围选择性地 运行 ， 从而维持了对相邻电表线路的供 电(图 7 . 4 右〉 。 在同样的情形下 ， 由 于 SH 断路器有一个其不可避免的机械响 应时间 ， 它只能在直至选择性极限电流 ID 时， 提供选择性保护(图 7 . 4 左) 。 从制造商文件提供的 1't 曲线 ， 可以计 算出选择性极限电流 ID( 图 7 . 5) 。 通过时间-电流特性的帮助或通过保护 器件脱扣和非脱扣电流的比较 ， 很容易 计算出在过载范围内的选择性(表 7. 3 脱扣性能) 。 当熔断器和小型断路器的 负载能力密切配合时 ， SH 断路器更适合于过载限制。 NH NH 00 NH SH 熔断器和断路器之间的选择性 就像熔断器那样 ， 断路器在一个规定的时间后动作 ， 该时间周期的长短受电流 的大小的影响 。 这个关系也用时间 电流特性描述， 这就有助与达到与熔断器之间的 选择性(图 7 . 2) 。一个断路器的脱扣特性由一条在脱扣电流点的垂直分支和一条与 一个不变的脱扣时间相对应的近乎水平的分支组成。 由于持续的熔化积分， 即使在很 高的电流处 ， 熔断器的特性曲线始终呈稳定地下降状 ， 所以它的特性曲线表述为一个 近似的对角线。 取决于两根曲线之间处于何种相互关系 ， 它们可能在某些点相交， 这 显示了选择性的极限(图 7. 3) 。 户" .. , 7.2 对于烙断器和断路器的串连， 可以 考虑两个不同类型的安排。 a) 断路器在熔断器的上一级 这个安排(图 7. 2) 常见于低压主 配电盘和中压系统中 。 通过适当的 协调，即它们的特性曲线没有任何 相交 ， 可实现全范围故障电流的选 择(全选择) 。 熔断器的熔断时间 一电流特性必须与断路器的脱扣特 性匹配。 注 : 应该注意 ， 表述在熔断器时间 一电流特性上的低于 100 ms 的时 间，不是实际时间，而是从焦耳积 分算得的有效时间 。 实际(真实) 时间取决于短路电流开始的瞬间，而且可能严重地偏离有效时间 。 那就是为什么熔断 器时间一电流特性只能当它们是基于 I2t 值时才能使用 。 (也见 6. 3 节) b) 熔断器在断路器的上一级 这个安排类型(图 7. 3) 是家庭用 装置的典型应用 ， 在具有低压侧 主开关的配电站中也能看到 。 由 于这两种电器有不同的性能 ， 两 条特性曲线总有相交的一点。这 个点表示限制电流 ID ， 在这个电 流以下才能提供(部分)选择性 。 当故障电流低于 ID 时 ， 断路器将 在熔断器熔化前单独动作 。 故障 电流越大，熔断器会越快 ， 在电 流接近限制电流肘 ， 两个保护装 置都将打开，成为不再具有选择 性的保护组合 。 如果断路器的分 断能力未能显著地超过限制电流 ID 值，熔断器将可作为断路器的 后备保护，达到很好的效果 。 然 而，这己不属于选择性问题了 。 7.4 家用装置中的选择性保 护 IIK b 1,45 IN*) 1,20 IN 1,45 IN gG I 1,25 IN E1,05 IN B 1,13 IN 保护的特殊试验 mcb 10.000 tt'' 熔断器 SH 断路器 小型断路器 mcb 根据 VDE 0636 的熔化电流，电 |剧团' tmlm 预期电加安精 脱扣特性与 SHJ 63A NH63A NH咽O A 圄 7.5 ' 甸回 110 g 允许温边职纱 旬000 旬D∞ 电流I 安培 10 旬00 安培 7.2 1.000 。 0 ,010 。，001 100 1 OPOl 1)0 I 0,1 秒 OPl 时间 i 秒 时 图 7.3 断路器上一级的熔断器 25 24 400 V "gG"熔断器可以选用兰或黑色颜色 条。 对 D 型烙断器，其指示器(图 9. 1) 和标准限位件用按熔断体和底座的不同 额定电流规定的颜色标记(表 9.2 ) 飞。，比 6A l "g" 咐表每星I费开断能为-熔断仲，意指该熔断体能够分断从最小熔化电流直至其 分断能力的所有过电流。全范围分断能力熔断体能用作为单独的保护器件。 TI吧T…川 L'.'- ~.，. . ....>.. ,.,.'- . 川 意指该熔断体只能够分断其额定电流的某个 倍数的高电流部分范围分断能力熔断体设计成只能用于短路保护，因此可用于与 其它提供过流保护的器件的组合。它们也常用作其它有较低分断能力的开关器件 例如接触器或断路器的后备保护。 第二个大写字母指示了挥耐。 在表10 . 2中列出了标准化的使用类别和其有关 的主要应用 。 熔断器是长寿命的产品;因而用户仍会遇到熔断器上标有的标记不再能用当 前应用的标准进行解释的情况。 正由于这个原因，一些以前用于熔断器的标记己被加 9.1 D NH 颜色 10 低压熔断器的选用 -对每种应用选择合适的熔断器 10.1 低压熔断器的选用标准 ω一刷一 R -dLAm -￠一-w 一般用途全范围分断能力的熔断体，主要用于电缆和导线保护 保护电动机电路的部分范围分断能力的熔断体 保护半导体器件的全范围分断能力的熔断体(比 gS 更快) 增加导线使用类别的保护半导体器件的全范围分断能力的熔断体 保护半导体器件的部分范围分断能力的熔断体 矿用的全范围分断能力的熔断体 保护变压器的用变压器视在功率额定值 (kVA)代替额定电流 (A) 的全 范围分断能力的熔断体 熔断器的正确选用取决于: 一旦发生故障时预期需被切断的电源的数据 • 所承担的保护任务或所保护的设备 为了电力供应，应遵循下列标准 : • 熔断器的最大允许工作电、必须大于系统电压的最大值(表 10. 1) 。 注:与出熔断器不同，对于币1和 D~瘤商事?没有必须遵循眼前才工作. ，在很低的恢复电压下指示器或撞击器可能不动作。 • 熔断器必须是适用于系统的电流类别和频率。 对于直流和交流的适用性必须分开 说明 。 除非另有说明，频率在 45 Hz 和 62 Hz 之间是允许的 。 • 熔断器的比断自主马必须大于其工作时可能遇到的预期短路电流。 在?小型商面豆豆不适用于与具有高短距蓉茧的汇流汗宣罩在接的面子设在的保护，即 使它的工作电压不超过 250V。在这样情况下，要求安装额外的限流器件，例如能承 受工作电压的串连电阻器。 gM 保护电动机电路的全范围分断能力的熔断体。 具有双重额定值(广泛地用于英国) gN I 北美一般用途熔断器，主要用于电缆和导线保护 北美一般用途延时熔断器，主要用于电动机电路的保护 9I 以前的 I配延时熔断器，被 gG 所取代 g11 以前的 IEC 快动作熔断器，被 gG 所取代 gL 以前的 VDE 熔断体，用于导线保护，用 gG 取代 gRL 制造商特殊设计， 同时被标准化为 gS 制造商特殊设计，同时被标准化为 gS gT I 以前的 VDE 延时熔断器，用 gG 取代 gF 以前的 VDE 使用类别(快动作) ，用 gG 取代 gTF 以前的 VDE 延时 /快动作熔断器，用。取代 对于通常使用设备的保护，经恰当设计的具有相应特性的熔断器己得到了开 发。 用于绝缘导线，电机线路和半导 件的熔断器特性，己实现了国际标准化。 在德国另有一些用于变压器和矿用设备保 护的熔断器标准。 在熔断体上标有说明其 特定用途或特性的符号(表 10. 2 使用类 别和应用) 。 第一个小写字母指示了熔断 器的分断范围 。 230V 400V 500 V 690V 253 V 440 V 550 V 725 V 至表 10. 2 上。一些尽管己实现了国际标准化的在德国不常用的熔断器型号，以及其 相关标准和应用在实现标准化以前使用的公司特殊命名的熔断器型号也被列在表中 。 28 29 定电流达 10 小时的时间周期，并将在1. 5 倍额定电流时在 2 小时内熔断。 图 10 . 1 1列 举了一个 250 kVA 熔断器(额定电流 361 A) 与一个 315 A 和 一个 250 A "gG" 熔 断器进行的时间一电流特性的比较。 主要区别是弧前时间较长而曲线较陡。 对于高电 流， 曲线表现类似。 如果熔断器的额定值的数字符合下列条件， " gTr" 熔断器可与配电系统中 的下一级导体保护熔断器进行选择性地协调 : X [kVA] 主 Y [A] 是说一个具有 X '" 250 kVA 或更大的 "gTr" 熔断器能与后级的一个具有 Y '" 250 A 的"gG" 熔断器进行选择性的协调(图 1 1. 1) 。 高压测的选择性要求在 VDE 0670 第 402 部分进行定义(见 1 1. 2 节) 。 "gTr" 熔断器的技术要求在 VDE 0636 ， 第 2011 部分进行规定。 "gTr" 熔 断器的额定电压为 400V，额定分断能力为 25 kA，它可以达到足够低的耗散功率，使 一个额定电流为 1， 443 A 的 1， 000 kVA " gTr" 熔断器可插入一个额定电流尽管仅 1, 250 A 的 4a 尺码的 NH 熔断器底座中 。 但必须绝对保证具有所要求横截面的导体 的连接是适当的 。 电缆和导线保护 用"gG" 熔断器保护电缆和导线是分布最广泛的熔断器的应用 。 这些熔断器 的时间 电流特性己能符合绝缘导体的载流能力 。 与电缆的特定载流能力相匹配的熔 断器的额定电流可用下列公式算得: 且_S 1" s I ~ 10.2 10 .4 电动机电路保护 构成电动机电路的主要构件是一除了电动机本身和连接电缆之外-电动机起 动器和短路保护电器。 图 10 . 2 显示了一个典型的电机线路图 。 C连接导线，如果其 尺寸适当 ， 也会自动地得到保护 。 ) 1. 45 1n 足这 Ib =电路工作电流 Iz =导体持续载流能力(见 VDE 0100，第 430 部分) In =熔断器额定电流 绝缘导线能承受直至 45 %的过载 。 因而，过流保护器件必须能在 工作。 额定电流> 10 A 的 D 型熔断器和额定电流> 16 A 的阳熔断器能很 个要求。 注 : gG 菇脑器的熔断寸E荒药定计方ττ1，县挺有写不准确，但仍常常会与例茹习、 型断路器这样的其它保护器件的脱扣电流进行比较。 就物理意义而言，由于是基于不 同的试验条件，这样的比较是不准确的。 已被合并在相关熔断器标准中的以应用为导 向的试验电路揭示 ， "gG"熔断器的分断性能是与被保护的导体的过载能力保持一致 的。 用阳 熔断器的变压器保护1 0.3 在低压侧，直至 1. 000 kVA 的配电变压器常用熔断器作过载保护和汇流排的 短路保护 。 NH 熔断器 开关隔离器或配有"gG" 或"gTr" 熔断器的轨式熔断器一 开关就用于这种保护 。 阳熔断器或熔断器一开关隔离器也适用于变压器和低压配电 线路的隔离。 通过高压侧的 HH 熔断器，提供了对内在的变压器故障包括低压端子的短路 保护(见 1 1. 2) 。 在低压侧变压器端子和馈电开关之间的导体，在理论上未加以保 护 ， 因此必须尽最大可能小心 地加以绝缘和进行安装 。 因熔断器的额定电流 系列值与变压器不匹配(变压 器的额定值按照用 kVA 表述的 视在功率确定，与以电流为 定值有差异) ，因此开发了用 于变压器保护的"gTr" 阳烙 断器，并己在德国实现了标准 化。 这些熔断器与变压器的热 容量保持一致 。 "gTr" 熔断 器根据变压器的额定视在功 率，用 kVA 而不是用安培值作 为额定值，并且允许二次电压 为 400V 的配电变压器的最大负 载。 它们能够载流1. 3 倍 电动机起动器的基本功能是驱使电动机达到它的额定速度，确保电动机和所 有连接的电路器件正常地运行并提供过载保护 。 。符合 VDE 0660，第 102 部分的电 动机起动器和/或电动机接触器一般不设计成具有开断短路电流的功能，而是需要用 另外的适当电器，不仅为电动机 ， 也为电动机起动器本身提供短路保护。 这样一个电 器不一定必须是电动机起动器的组成部分 。 熔断器己经证明是电动机电路的具有较高性价比的可靠的保护电器。与其它 保护电器相比，熔断器的最大截断电流和允许通过能量 CPt 值)要小得多 。 这样，几乎没有任何更好的其它方 合 VDE 0660 ， 第 102 部分的短路保护 "2" 型协调类别 。 别 "2" 是指 250 WA 哑.tm 1XO 响响市服.-导帮哥 热过载继短路电流将被安全地开断。 在进行检查后，起动器能再使用 。 允许触头有轻微的 熔焊，但必须是很容易分开的。 与之相比较，协调类别 "1" 的严酷程度较低，是指在短 路发生以后，起动器或其中的零件必须被更换。 对于要求最优设备有效性的生产过程，对特大型电动机 ，熔断器具有较高的性价比。 对人员和装置没有危险 。 • • • 筒:0 11电流i安培t:- .. 时 间 I 秒 ' o m 图图 10.2 电机线的最佳变压器保护10.1 用"gTr" 熔 31 30 U aR" 熔断器分断范围的过流风 险，可以使用额外的能够扫除和 限制这样电流的保护器件来解 决。 根据熔断器安装的不同位 | 秒 置(图 1 O . 肘，相关要求可区别 对待，且可按下述情况使用不同 使用类别的熔断器: • 当在半导体(交流)侧用作分 支或单元熔断器时，为了保护 半导体，使用"aR" 熔断器可 直接与之协调。 · 在转换器线路中， 可将 U aR" 或 " gR" 熔断器用 作干线熔断器。 • 在 ( 直流)负载侧， 可将 " gR" 或 " gG" 熔断器用 于过载保护 。 在短路的情形 下 ， 不能实现与前级整流器熔断器的选择性。 • 分配电箱适合用"gR" 和 " gS" 使用类别的全范围分断能力熔断体，其也对连 接电缆提供保护 。 " gR" 熔断器经优化，有较低的 I气值，而"gS" 熔断器在 与标准的熔断器底座和熔断器式开关一起使用时，具有最理想的低功耗。 两种使 用类别均满足电缆过载保护的要求 。 保护半导体器件的熔断器的适当选用是基于被保护的器件的极限值以及基于 使用期间预期会发生的负裁和故障电流。 还必须考虑下列其它事项: • 熔断器必须能够携载蓝运工在阜溺和承受允许的过载而没有热损坏。 使用半导体 器件的负载电流线路常常是非正弦波形的 。 那就是为什么为了确定熔断器将必须 承受的热负载，必须从曲线的波形计算其电流的有效值。 • 熔断器在熔断电流时 小于熔断器支持件的可接 受耗散功率。 这可通过有效值 和制造商的数据算得。 制造商 提供熔断体额定电流的 50 % 至 100 %范围内的耗散功率 值。 • 对于实质上 F{ 何 其过载曲线由制造商确 定 ( 图 10. 7) ，它指示了在所 选择的时间范围内对熔断器的 时间一电流特性不引起任何改 变的电流负载脉冲的大小 。 脉 冲负载要求特殊的熔体结构， 在它的狭颈之间将有可变的外形(皱榴状 ) ( 图 10 . 4) ，以防止给狭颈带来由强 烈的热循环引起的压缩和拉伸的负载。 没有这样的，熔体就会有疲劳破裂和 过早动作的风险。 一 口日军军牛前醋，流过半导体器件的故障电流必须在引起器件损坏前被开断 。 为此，熔断器的截止电流和熔断积分 r2t 值必须小于被保护的半导体的极限值 。 熔断积分，即弧前时间期内和燃弧时间期内的 r2t 值的总和 ( 图 5. 4) ，取决于恢 复电压。 相应的曲线由熔断器制造商提供(图 10. 的 。 • 在熔断器熔断期间出现在它两端的理毡，不允许超过与半导体连接处所能承 受的电压。 根据制造商的数据，切换电压也能因恢复电压低于熔断器额定电压而 减少 ( 图 10 . 的 。 熔断电流以及可能的故障电流和恢复电压取决于熔断器在换流器线路中的安 装位置和各自的工作模式两者。 由于保护半导体器件的熔断器适用的范围相当广泛 ， 所以这里只可能提供一些基本的信息 。 然而在大多数情形下，推荐用户与制造商进行 联系，以便得到有资质的支持。 10000 1000 \ 100 ，。 EE -、、 "aR" fuse "g8" fuse 1 自 "gG"fuse 0.1 过载曲线 矶。， 忠告 : IEC 60146-ç，r用熔断 护方面进一辈的信息。 10.6 直流电路保护 保护的应用指南"可提供换 100 10000 1删 安培 曲线的gG， gS 和aR熔断 闹且由液蜘镜 圈 10.7 具有 + 虽然直流熔断器现在广泛地用在电 子和汽车行业中，用来保护具有相对低的短 路电流的低压电路，可是在充满商机的市场 中，不仅过去而且现在仍可发现直流电力熔 断器在例如牵引机车、大型电力装置的测量 和控制线路、电磁铁和如铲车这样的以电池 为动力的交通工具上得到应用 。 在过去的几年中，这些有些怀旧的 应用己向一些现代化的应用扩展，例如移动 通讯的基站和计算机用设备中的基于电池的 不间断电源 (UPS) 、以及基于燃料/光电池的混合供电和燃料/电池供能汽车。 因而， 可以预期未来直流电力熔断器的需求会日益增长。 限流型熔断器将设计成可用于交流和直流应用两者，但根据它们的应用，会有不同的 额定值。 交流的额定值不能简单地转换成直流额定值，直流额定值必须从试验数据中 取得。 - E噩黠图通常低子交流额定电压 。 两者的额定值必须分开指明 。 如果直流额 定电压没有得到说明，可从制造商处得到。 根据经验而言 ， U gG" 熔断器的直流 值可假定为至少是交流值的-半 。 标记有交流额定值的熔断器底座也能被用于直 流。 l白流额定电流只根据发热条件确定，这与交流额定电流的确定是一样的 。 因而不 再提供对这个额定值的分开的表述。 R 10.9 1Il0'II0 锐附 酬↓ 切换电压 70% 翻"也 饵l% 40% ~比 去瓶 10% 0% 熔断积分 o 0,2 0,4 0,6 0,8 1 -个熔断器 考虑 。 时间常 一个不变的值，而总是结合电路的时间常数进行 ，分断能力越低，时间常数越小，分断能力越大。恢复电压/锁定电fk 图 10，8 切换电压和熔断积分 34 35 则，对电弧迅速的熄灭是有利的 。 电弧将在直至电弧电压超过系统电压从而 强制电流至零时才会熄灭 。 当直流电流开断时，线路中储存的磁场能量必定 己经被吸收到电弧中 。 在这样一个开断过程期间，熔断器的热应力因而比在 交流电流切断期间的高得多 。 这解释了为什么熔断器的直流分断能力必定小 于它的交流分断能力，以及为什么直流数据格外地依赖于线路的时间常数。 • 因为靠自理单蜀取决于电路的时间常数，所以不能从交流的时间一电流特性中读 得。 为了确定截断电流，要求制造商提供特殊的数据 。 一些常用的典型时 间常数列于表 10.3 。 根据 VDE 0636, NH 熔断器在时间 常数 15ms 时的最小分断能 力为 25 kA 0 D 型熔断器在 时间常数为 15 ms 时的分断 能力至少是 8 kA 。 这样， 大部分工业应用中的控制和 负载线路已经包含在这些额定值中 。 设计成用于电池电路的熔断器的分断能力要大得 多，而用于励磁线圈的熔断器，其分断能力则小得多 。 首先，为了更好地 理解用于直流应用中的熔断 器的性能，必须说明直流开 断的过程 。 开关器件的交流 分断能力受功率因数的影 响，而直流线路的时间常数 E 电流 T = L / R(图 10 . 9) 不仅对 直流的分断能力，而且对时 间-电流特性和截断电流， 都是一个决定性的因数 。 时间常数越大，在 分断过程期间转换在电弧中 的电路储存的能量就越高 。 r画 10.面 由于熔断体的能量吸收能力是有限的 ， 它的直流分断能力也受到电路时间常数的限 制，它另外也决定了故障电流的上升和由此而来的熔断器的弧前时间和截断电流。 工业控制 电池电路 电动机和驱动 电磁铁 $10 ms 三 5 ms 制造商提供的何也二 且1页特屈指出了有效的弧前 电流的有效值 。 这是指曲线 是基于这样的假设，即在电 路故障的情形下，电流迅速 地上升并无延时地直至有效 值，并保持至熔断器熔化 。 在这样恒定的条件下(弧前 时间〉 时间常数 20) ，这样 一个时间 电流特性是与 流特性相同的。 然而，在短的时间范围里 (t < 时间常数 20) ，曲线可以 互相大不相同，此时直流不立即 上升，而是根据时间常数的大小 以延时的方式上升。 在短的时间 范围，弧前时间不被认为是一个 熔断器的内在特性，而是取决于线路的时间常数( (图 10. 12) 。 直流时间 电流特性 可以从制造商提供的有效时间 电流特性且借助于一个在 IEC TR 61818 中描述的迭 代计算方法获得。 100 20 to 40 ms 直至 1.000 ms 」 " 时 1 ‘=···'·····a····Ea-- I 0.1 砂 50ms 有效值 放 。.01 口:; 10ms 0.001 电压 10.12 10.7 在 UPS 中电池的保护 通过单极 NH 熔断器式开关把大 的电池面板或电池架连接到一个直流中 间电路(图 10 . 13 ) 。 这样的器件提 供: • 在电池和 UPS 之间一个规定的相交 直流系统中的噩噩主蝠类似于高交流电流的限流开断(比较图 5.4) 。 在熔 断器里面会产生一个高的电弧电压，在它超过恢复电压时会强制电流至它的零值(图 10. 10) 然而电流的上升， 不决定于闭合的瞬间和功率 因数，而是由时间常数确 定 。 直流的 交流电流的过裁开断也完全 不同，这里只有在电流超过 它的最大值时才被清除 ( 图 10. 1 1) 。 由于直流没有周期 性的零点，故在线路中没有 任何瞬间没有磁场能量，否 。 一 一 F"J 一 l • / ' ''' 'h 占， • 在维修期间的电池的隔离和 • 保护电池和连接电缆，分别防止电极 和过热引起的损坏。 图 10.13 | 预崩故障咆试 寸' 晶电流 T UPS 系 换图 恢复电流 在 UPS 中电池的保护代表熔断 器直流应用的一个特殊情况。 预期会发生的短路电流取决于电池的容量、电池的型号 和电池的实际完好状态 。 在操作次数较低的情况下，电池的容量和而后的短路电 流与工作电流相比相对较低。 电压 时间 10.11 37 36 电容器的过载保护由整体型超 压力膨胀熔断器提供。 电熔断器仅仅用 来防止电容器或电容器组的内部短路或 外部端子的故障的保护 。 根据它们的说 明，它们处理这样的感性故障电流较容 易。一再忽视这个规则往往导致麻烦的 事故，特别是在功率因数补偿电容器中 (图 10.15) 。 1 I 了解与电容器电路有关的特定 过程和正确地选用熔断器可以有效地帮 助避免这样的事故 。 必须与任何熔断器 选用也一起考虑的有关电容器工作要求 的重要信息可在 VDE 0560，第 46 部分 修复型旁路电力电容器的处理中找到 。 下列规则一般适用于保护旁路电容器的 熔断器的选用 。 • 熔断器必须能够持续携载电容器的最 大工作电流 1; 5 1N (VDE 0560，第 46 部分) 。 因而推荐选用具有最 定电流为 1 ， 6 倍至1. 8 倍电容器的额定电流的熔断器。 • 要求熔断器能安全地承受任何电容器的瞬间起峰电流。 在电容器或电容器组的合闸瞬间，瞬间起峰电流可以达到非常高的直至电 容器额定电流的 100 倍的值。( 图 10.16)。如此高的电流峰值可以引起 熔体狭颈的损坏，并且渐渐地使熔断器的载流能力减小。在这样的熔断器 将不再能操控的条件下这可以导致熔断器的过热或导致自发的熔断。 使用 足够大额定值的熔断器(至少 1 .6 倍或 1.8 倍的电容器的额定电流) ，接 在电容接触器的具有阻性电流限制的接通触头的前面，或用允许"平滑 地"零点切换的可控硅，可以避免这些效应。 • 熔断器和电容器不允许遭受由电流共振或谐振引起的过分大的应力 。 由于容抗己充分地定 义，在额定系统频率 时，发生过载实际上是 不可能的 。 在特殊的功 率半导体器件和控制 中，由非线性负载产生 的电流共振代表一个对 电容器和熔断器的额外 应力 。 在工业电网中的电流共振 可以轻易地引起电容电流 有效值的增加直至两倍的 因而，有效的保护需要熔断器具有特别陡峭的时间 电流特性，并且在大多 数情况下，只要使用半导体器件保护用的熔断器即能实现这样的要求(图10. 14) 。 系 统的工作点越靠近熔断器的弧前曲线，保护就越有效。 这样，就有必要知道熔断器时 间一电流特性的允差。推荐与制造 商联系去获得这些信息。 UPS 的工作时间也是一个 重要的选用标准 。 在额定工作电流 相同时的最佳保护是，对工作时间 较短的系统要求熔断器的额定值较 低，对工作时间较长的，要求较高 额定值的熔断器 。 要选用适当的熔 断器，必须考虑下列要点(如果得 不到精确的数值，下列数值供使用 时参考) : 10000 1创lO tE 工作点时间 /秒 10 ,tlJ.:. .. gR 0,1 gG );1路ft 0,01 0,1 1∞ le IK 10 • 屯流 丘卓(te / 1 ，)必须低于弧前 时间一电流特性，在同一电流 处，保持一个足够大的距离 。 ，图 10.14 在四S 系统使用的电池熔 这将防止熔断器在正常供电时 | 的选用 熔断(图 10.14) 0 I λ二t电池的最大工作电流从 UPS 的有效输出功率 PW 和放电电压 UE 算得 : [h丰上 ~ U~o (接近工作寿命的结束，电池电压将跌到约为电池额定电压的 85%的放电 电压，与 UPS 的设计基础一致) ~~E[窑苟 (1， / t) 必须位于熔断器时间一电流特性的公差带上方。 期望尽可能快地开断(< 10 s) 的短路电流 1，可从电池容量算得。 考虑到电池的 老化和短路电流将从最初的值迅速衰退，短路电流可用电池容量 K 的 5 倍作为参 考值并按下列公式算得 : 1, [A] = 5 K [Ah] 的不成功的中断10.15 • 至少是电池容量的 20 倍 : L [A ] 注 20 K [Ah] 。 因而，除了对于 外， 甚至是对低于单L的直撞血压2 要求熔断器抖 忖认问山 ./J 1:3,7 1 Ht:i / J 。 电池开关必须能够承受熔断器的耗散功率 。 由于在短时工作期间，最终温升 尚未达到，故在大多数情形下，用于半导体器件保护的熔断器的的额定耗散功率是否 较高并不是关键因数。 10.8 功率因数补偿电容器的保护 熔断器标准系列 VDE 0636 定义了用于感性电流开断的熔断器。 功率因数〈 0, 1 的和容性电路未包括在内 。 因缺乏公认的试验证据，必须假设未决定分断特性的 熔断器开断感性电流时的证据不适用于容性电流。 然而将"gG" 熔断器用于电容器线 路的保护己是共同的惯例，例如用于功率因数补偿电容器。 而从技术的观点，提供一 些需遵循的特定规则是绝对有理由的。