熔断器的结构和工作原理详解

熔断器的结构分类。

从熔断体的结构特点出发，所有的熔断器都可以归为下列三种形式之一：开放式/半开放式、无填料封闭式（也有称为无填料密闭式）、有填料封闭式。

（1）开放式/半开放式。开放式结构是早期熔断器常见的结构，这种结构的最明显的特征就是暴露在外的熔体。由于熔体与周围环境之间没有或少有分隔物，在分断故障电流时，开放式结构的熔断器存在火花、电弧和金属蒸气喷溅的情形，还具有显著的闪光和爆破声响。

开放式熔断器中，最常见的就是传统的丝状熔断器，这种熔断器常与刀开关串联在一起，通过在刀开关的底板上附加熔丝安装座的方式构成组合电器以强化其保护性能。但直接暴露在空气中的熔丝的分断能力是非常差的，这类熔断器通常只能实现1000A以下的分断能力。

而半开放式的熔断器，如RC1A插入式熔断器，通常包括瓷制的底座和插头，在安装熔体时将其固定在插头上再装入内置石棉分隔垫的底座。这种形式的熔断器，由于底座内置的石棉垫能够保护瓷座并帮助灭弧，往往能够达到3000A左右的分断能力。

这类熔断器的熔体通常采用专用的铅丝或合金丝，也有采用铜丝的，“熔丝”一词就是指在开放/半开放熔断器中使用的金属丝状熔体。

开放/半开放式熔断器的特点是结构简单、更换方便、价格极其低廉。但它们的分断能力已经不能满足现代电气线路的需求，在分断电流时会发出显著的爆破声响和弧光，所用的简单的合金丝状熔体的熔化特性也不够稳定可靠。在现代社会中的应用已经越来越有限，在大部分地区，这类熔断器已经被空气断路器和封闭式熔断器所取代，只在少数欠发达地区仍有使用。

（2）无填料封闭式。由于填料对熔断体性能有关键性影响，封闭式结构的熔断体通常分为不带填料和带填料两大类，前者主要有R1、RM1、RM3、RM7以及RM10等系列，由于性能有限，目前的使用也相当有限。

这种熔断器的熔断体主要由绝缘壳体、熔体、金属帽和接线端子构成（有时会用金属帽兼做端子），如图11-1所示。在这类熔断体中，熔管两端的金属帽与熔管构成一个封闭的壳体，熔体安置在其中并与金属帽相连。为了增强分断故障电流的能力，这类熔断体常在内部衬有在高温下能释放气体的材料（产气材料），例如电工反白纸、有机玻璃和合成树脂等。

与开放式/半开放式熔断体相比，无填料封闭式熔断体将熔体封闭在熔管内部，不仅能防止熔体受到外界环境的影响，也避免了熔体熔断时的火花、电弧、声响和电光影响周围环境。但这种熔断体内部的气压在分断故障电流时将大大提高，从而要求熔管具有相当的机械强度，否则便可能因高压而爆裂，导致意外和危险。这类熔断体的分断能力通常都超过1000A，但用于工业场合仍嫌不足，而用于民用场合则因需要更换而使用不便，所以实际应用也较为有限。

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图11-1 无填料封闭式熔断体的结构

1—金属端帽 2—熔管 3—熔体

（3）有填料封闭式。有填料封闭式熔断器是当今熔断器市场上的主流产品，如图11-2所示，这种熔断器的熔断体结构与无填料封闭式熔断器的熔断体结构大致相同，但熔管内加入了紧密填充的填料。熔断器中填充的填料通常是洁净干燥、颗粒大小合适的高纯度石英砂，这些石英砂填充在熔断器的壳体内，紧密包围在熔体周围。由于内部填满了高纯度的石英砂，有填料封闭式熔断器有时也称为石英砂熔断器。

图11-2 有填料封闭式熔断体的结构（NH00）

1—熔管 2—熔体 3—填料 4—触刀（接线端子）

得益于其完全封闭的结构，有填料封闭式熔断器在分断故障电流时没有声光现象，也没有火焰等从壳体内向外散发，这使熔断器在配电设备上的装置得以大大简化，工作的安全性也得到提高。为了实际运用的方便，有些型号的熔断器还装有熔断指示器，在熔体熔断后弹出的指示器，不仅可以作为熔断器熔断与否的明显直观的判断标志，还可以用以触发其他信号装置，提高保护系统的自动化和智能化水平。

填料的引入对熔断体的性能产生了许多影响，最主要的一点在于它能使熔断器切断电流的速度大大提高。在交流电路中，一个典型的有填料熔断器能够在故障电流第一次达到最大值之前就将其切断，这使得有填料熔断器能够处理非常巨大的（100～200kA）故障电流。有填料熔断器的这个特性被形象地称为限流特性，限流特性使有填料熔断器在各行业和领域都获得了广泛的应用。

当今，各种硅整流管和晶闸管在各个工业部门都有广泛的应用，这些半导体器件具有效率高、尺寸小、重量轻的优势，但对过载电流的承受能力却很低，在6倍额定电流下数十毫秒就会损坏。为了对这些半导体器件进行有效的保护，一种动作速度很快并带有显著限流效果的熔断器应运而生，这就是半导体设备保护用熔断器。

半导体设备保护用熔断器在结构上与普通的有填料封闭式熔断器基本一致，最大的区别在于，它采用纯银而不是纯铜或其他合金作为熔体材料。由于银本身的物理特性，这种熔断器可以在数毫秒之内完成分断故障电流的任务，对半导体器件进行有效的保护。