熔体：熔断器不可或缺的发动机

熔体是熔断器的发动机。

熔断器包含一条或者多条平行排列的熔体。为了保证熔断器具有较快的熔断特性，熔体材料一般情况下还要满足下列条件：

（1）合适的电阻率；

（2）较低的比热容；

（3）较高的热导率；

（4）较低的熔化和汽化温度；

（5）较低的潜热；

（6）容易同其他导体连接。

常见的熔体材料有金属铜、银等。银的熔化潜热高于铜，在高温下性能比较稳定，不容易发生热疲劳。(www.xing528.com)

在短路故障发生时，熔断器要能够快速动作。以一个丝状熔体为例，它的长度为l，截面积为A，简单起见，假定动作时间足够短，熔断器内的热量传递可以忽略不计，在这种情况下，熔体开始发生汽化时要满足的能量平衡条件如下：

其中，Tv、Ti分别是汽化温度和初始温度；ρ是熔体的电阻率；d为熔体的密度；C为熔体的比热容；E为熔体的熔化潜热。这意味着，当使用的熔体材料满足上述条件（2）和（4）时，熔体的汽化时间以及传递到被保护电路的允通能量都达到最小。在大故障电流情况下，熔断器不仅要具有足够短的熔断时间，而且它的时间-电流特性要满足被保护器件或电路的要求。另外，熔断器要有较低的熔断因子（熔断因子＝最小熔断电流／额定电流），这样在长时间过载时提供恰当的保护。最小熔断电流是曾经使用的词汇，仅仅具有描述特性，在现在的熔断器标准里不再使用。按照IEC60269－1标准，gG型熔断器的熔断特性用如下参数表示：在一定的约定时间下的约定不熔断电流（In）f和预定熔断电流（I）f。约定时间与整个熔断器的热时间常数相关，变化范围为1～4 h。Inf和If的典型值为：

Inf＝1.25 In，If=1.6In

其中，In为额定电流。

在从额定电流到最小熔断电流的范围，熔体接受的功率和它通过熔断器表面散失掉的功率要达到稳态平衡。这就要求熔体具备高热导率；不仅如此，熔体周围的填充介质、熔管以及熔断器的其他部件也要具备高热导率。另外，对于特定尺寸的熔断器，其功耗和表面温升都有一定要求，因此熔体的功率必须限制在恰当范围。可以通过选择具有较大横截面积和较低电阻率的材料降低熔体功率，但是这些条件同短路快速分断的要求相矛盾。实际应用中，有时也会接受并选用小横截面积、低电阻率的材料，这样做，一个现实的好处是可以降低熔断器的成本。

如果熔体材料的熔化温度比较高，在熔断器接近最小熔断电流水平时很难将熔断器表面温度控制在较低水平，这就是要求熔体材料具有低熔点的原因。如果选用高熔点材料做成无狭颈均匀熔体，在额定电流水平，熔体温度将会比较高，这将导致熔断器表面温升超出允许范围，在这种情况下，很难获得较小的熔断因子。不过，高熔点熔体材料可以利用合金效应（M-效应）获得合适的熔断因子。

现代熔断器设计大多采用条状带有狭颈的熔体，熔体狭颈的示意图如图4-3所示。不同厂家采用各式各样的方案，图4-4给出了一些例子。熔体狭颈的形状和数量决定于额定电流和额定电压，单一熔体的额定电流范围一般在10～63 A左右，更大电流的熔断器采用2条或多条熔体并联方案。

“多条丝状均匀熔体并联”的方案应用越来越少，但是单根丝状均匀熔体方案在工业熔断器中仍被采用，熔体直径可到0.2 mm，熔断器额定电流达10 A左右。