石英砂：熔断器的介质与保护特性

熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以自身产生的热量使熔体熔化而分断电路的电器。它是一种利用热效应原理工作的电流保护电器，被广泛应用在低压配电系统和控制系统及用电设备中做短路和过电流保护。所以，熔断器也是一种过电流保护电器。

1.熔断器的结构和工作原理

熔断器主要有熔体（俗称保险丝）、安装熔体的熔管（座）及填料等部分组成。在电器图中的图形符号和文字符号如图1-42所示。熔体通常是由熔点较低、电阻率较高的材料，如铅、铅锡合金、锌等制成，为丝状、带状或片状。熔管由瓷质绝缘材料或硬质纤维制成半封闭或封闭式管状外壳，在熔体熔断时兼有灭弧作用。填料主要是石英砂，作为灭弧介质，帮助熔体散热，有助于提高熔断器的限流能力和分断能力。

通常，熔断器串联在被保护电路中，能在电路发生短路或严重过图电流时快速自动熔断，期间伴有燃弧和灭弧过程，随之切断故障电路电源，起到保护作用。在正常工作情况下，熔体在额定电流下不会熔断。

图1-42 熔断器的图形符号和文字符号

熔断器与过载继电器功能是不同的。熔断器是一种简单有效的短路保护电器，分断电流很大，要求作用的时间短，以保护负载。热继电器用来对连续运行的电动机进行过载保护，以防止电动机过热而造成绝缘破坏或烧毁电动机。过载电流不足以使熔断器作用，所以它不能代替热继电器实施过载保护。而由于热惯性，虽然短路电流很大，但也不能使热继电器瞬间动作。因此，热继电器不能代替熔断器用作短路保护。所以，电动机主电路中既要装熔断器，实现短路保护，也要装热继电器，实现长期的过载保护。

2.熔断器的保护特性

熔体熔断时间和熔体电流的关系，称为熔断器的保护特性，也称为安秒特性。这一特性如图1-43所示，I_r为最小熔断电流或称临界电流，是熔断电流与未熔断电流的分界线对应的电流值。电路正常工作时，通过熔体的电流应小于I_r。所以，在额定电流下，熔体是不应当熔断的。熔体的熔断电流应大于额定电流，即I_r>I_e。

图1-43 熔断器的保护特性

最小熔断电流I_r与额定电流I_e之比称为熔断器的融化系数K，即K=I_r/I_e。系数K较小时，对小倍数过载保护有利，但也不宜接近1。当K=1时，在额定电流工作下，熔体能够达到稳定，由于保护特性本身误差，熔体很可能发生熔断现象，影响其正常工作。

熔断器是利用热效应原理工作的，在电流引起的发热过程中，存在I²t特性关系，即电流通过熔断器时产生的热量与电流的二次方和持续的时间成正比。电流越大，熔断时间越短。而熔断器又具有反时限保护特性，过电流越小，熔断时间越长。过电流越大，熔断时间越小。所以，在一定的过电流范围内，当电流恢复正常时，熔断器不会熔断还能继续使用。

电路当中发生过电流有两种情况，一种是短路，流过熔体的电流达到熔体额定电流的8～10倍时，熔体自身的发热温度开始突变上升，熔体迅速熔断，需要瞬动保护特性；另一种是过载，流过熔体的电流达到熔体额定电流的1.3～2倍时，熔体自身的发热温度开始缓慢上升，熔体开始缓慢熔断，需要反时限保护特性。

3.典型产品及主要技术参数

（1）典型产品

熔断器产品系列、种类较多，分工业用和民用两大类。工业用途中又可分为一般工业用熔断器、半导体器件保护用熔断器和特殊熔断器（如具有两段保护特性的快慢动作熔断器、自复式熔断器）。一般工业用熔断器多采用开启式结构，常用产品按结构形式可分为半封闭瓷插式、螺旋式、无填料密封管式和有填料密封管式，外形分别如图1-44～图1-47所示。国产常用产品型号有RL系列微螺旋式熔断器、RM系列无填料密封管式熔断器和RT系列有填密封管式熔断器。

图1-44 瓷插式熔断器

1—动触点 2—熔丝 3—瓷盖 4—静触点 5—瓷体

（2）主要技术参数

熔断器的主要技术参数有额定电压、额定电流、极限分断能力及熔断电流。RL系列熔断器的主要技术参数见表1-15。

图1-45 螺旋式熔断器

1—瓷帽 2—金属螺管 3—指示器 4—熔管 5—瓷套 6—上接线端 7—下接线端 8—瓷座

图1-46 无填料密闭管式熔断器

1—铜圈 2—熔断管 3—管帽 4—熔片 5—插座 6—特殊垫圈 7—熔体

(www.xing528.com)

图1-47 有填料封闭管式熔断器

1—瓷底座 2—弹簧片 3—绝缘手柄 4—管体 5—熔体

表1-15 RL系列熔断器的主要技术参数

1）额定电压。额定电压指熔断器长期工作和分断后能够承受的电压。一般等于或大于电气设备的额定电压，否则在熔断器熔断时将会出现持续飞弧和被电压击穿而危害电路的现象。熔体的额定电压是熔断器允许的工作电压等级。

2）额定电流。额定电流指熔断器长期工作时，电器设备升温不超过规定值时所能承受的电流。它有两种：一种是熔管的额定电流，也称熔断器的额定电流，另一种是熔体的额定电流。一般情况下，熔管的额定电流等级规格少，熔体的额定电流等级较多。一种电流规格的熔管内可以有适合多种电流规格的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔管的额定电流。

3）极限分断能力。极限分断能力指熔断器在规定的额定电压和功率因素（或时间常数）条件下，能可靠分断的最大短路电流。

4）熔断电流。熔断电流指通过熔体并能使其融化的最小电流。

4.选型原则

熔断器在选用时主要考虑熔断器的类型、额定电压、额定电流和熔体的额定电流。

（1）熔断器类型的选择

熔断器的类型主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择。其次还要考虑线路的要求、使用场合和安装条件等。对于保护小容量电动机和照明用的熔断器，一般考虑它们的过电流保护，熔体的融化系数适当小些，多采用熔体为铅锡合金的熔丝。对于大容量的电动机和照明线路，除考虑过电流保护外，还要考虑短路保护及短路时的分断能力。短路电流较大时，常采用高分断能力的RL系列螺旋式熔断器；短路电流很大时，宜采用具有限流和高分断能力的RT系列熔断器。

（2）额定电压

熔断器额定电压的选择一般要大于或等于所接电路的额定电压。

（3）额定电流

熔断器的额定电流要根据负载的性质合理选择。

1）负载为电流比较平稳的照明或电热设备时，一般选用熔体的额定电流等于或稍大于被保护线路计算电流。线路计算电流根据负载额定电流的大小和实际电路的情况确定。

2）负载为具有冲击性电流的电动机时，对于单台三相笼型异步电动机，熔体的额定电流为

I_RN=（1.5～2.5）I_N（1-7）

式中，I_RN为熔体的额定电流（A）；I_N为电动机的额定电流（A）。

轻载起动或起动时间短时，系数可近似取值为1.5；重载起动或起动时间较长时，系数可取2.5。

保护多台电动机时，熔体的额定电流为

I_RN=（1.5～2.5）I_Nmax+∑I_N（1-8）

式中，I_Nmax为多台电动机中电容量最大的一台电动机的额定电流（A）；∑I_N为其余电动机的额定电流之和（A）。

当熔体的额定电流确定后，熔断器的额定电流应大于或等于熔体的额定电流来确定熔断器的额定电流。

（4）熔断器级间的配合

在配电系统中，通常有多级熔断器保护。为了防止发生越级熔断，选用时上一级（近电源端）熔体的额定电流比下一级（远离电源端）熔体的额定电流大1～2个等级。