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第五章熔断器第一节概述二、熔断器的工作原理熔断器是串联在电路中的一个最薄弱的导电环节，其金属熔体是一个易于熔断的导体。
在正常工作情况下，由于通过熔体的电流较小，熔体的温度虽然上升，但不致达到熔点，熔体不会熔化，电路能可靠接通。
一旦电路发生过负荷或短路故障时，电流增大，过负荷电流或短路电流对熔体加热，熔体由于自身温度超过熔点，在被保护设备的温度未达到破坏其绝缘之前熔化，将电路切断，从而使线路中的电气设备得到了保护。
熔断器的工作过程大致可分为以下四个阶段：（1）熔断器的熔体因过载或短路而加热到熔化温度；（2）熔体的熔化和气化；（3）触点之间的间隙击穿和产生电弧；（4）电弧熄灭、电路被断开。
显然，熔断器的动作时间为上述四个过程所经过时间的总和。
熔断器的开断能力决定于熄灭电弧能力的大小。
熔体熔化时间的长短，取决于通过的电流的大小和熔体熔点的高低。
当电路中通过很大的短路电流时，熔体将爆炸性地熔化并气化，迅速熔断；当通过不是很大的过电流时，熔体的温度上升得较慢，熔体熔化的时间也就较长。
熔体材料的熔点高，则熔体熔化慢、熔断时间长；反之，熔断时间短。
三、熔断器的原理结构熔断器主要由金属熔断体、载熔件和底座组成。
另外，有的熔断器还具有熔管、充填物、熔断指示器等结构部件。
（1）熔断体。
是熔断器的主要部分，包括熔体。
熔体是熔断器的核心部件，它是一个最薄弱的导电环节，正常工作时起导通电路的作用，在故障情况下熔体将首先熔化，从而切断电路实现对其他设备的保护。
熔体可分为高熔点熔体和低熔点熔体。
低熔点材料（如铅、锌、锡等）电阻率较大，所制成的熔体截面也较大，在熔化时将产生大量的金属蒸气，使电弧不易熄灭，所以这类熔体一般用在500V及以下的低压熔断器中起过负荷保护；高熔点材料（如铜、银等）电阻率较低，所制成的熔体截面可较小，有利于电弧的熄灭，这类熔体一般用作短路保护。
高熔点材料在小而持续时间长的过负荷时，熔体不易熔断，结果使熔断器损坏。
为此，在铜或银熔体的表面焊上小锡球或小铅球，当熔体发热到锡或铅的熔点时，锡或铅的小球先熔化，而渗入铜或银的内部，形成合金，电阻增大，发热加剧，同时熔点降低，首先在焊有小锡球或小铅球处熔断，形成电弧，从而使熔体沿全长熔化。
这种方法称为“冶金效应”法，亦称金属熔剂法。
熔体按分断电流的范围分为“g”熔体和“a”熔体。
“g”熔体又称为全范围分断能力熔体，即在规定条件（包括电压、功率因数、时间常数等）下，能分断其分断能力范围内的所有电流。
“a”熔体是部分范围分断能力熔体，在电路中作后备保护用，能分断四倍额定电流至额定分断电流之间的电流。
熔体按使用类别分为“G”类熔体和“M”类熔体等，即一般用途的熔体和电动机保护用熔体。
熔体以两个字母表示，如“gG”、“gM”、“aM”等。
（2）熔断器载熔件。
是熔断器的可动部件，用于安装和拆御熔体。
通过其接触部分将熔体固定在底座上，并将熔体与外部电路连接。
载熔件通常采用触点的形式。
（3）熔断器底座。
是熔断器的固定部件，装有供电路连接的端子。
包括绝缘件和其他必需的所有部件。
绝缘件用于实现各导电部分的绝缘和固定。
（4）熔管。
是熔断器的外壳，用于放置熔体，可以限制熔体电弧的燃烧范围，并具有一定的灭弧作用。
（5）充填物。
一般采用固体石英砂，它是一种导热率很高的绝缘材料，用于冷却和熄灭电弧。
石英砂填料之所以有助于灭弧，是因为石英砂具有很大的热惯性与较高绝缘性能，并且因它为颗粒状，同电弧的接触面较大，能大量吸收电弧的能量，使电弧很快冷却，从而加快电弧熄灭过程。
（6）熔断指示器。
用于反映熔体的状态，即完好或已熔断。
四、熔断器的保护特性熔断器熔体的熔断时间与熔体的材料和熔断电流的大小有关，如图5－1所示，该曲线反映了熔断时间与电流的大小关系，称为熔断器的安秒特性，也称为熔断器的保护特性。
熔断器的保护特性与熔断器的结构型式有关，各类熔断器的保护特性曲线均不相同，其共同的规律是熔断时间与电流的平方成反比，且为反时限的保护特性曲线。
由曲线可见，当熔断电流为I∞时，熔体的熔断时间在理论上是无限大的，即熔体不会熔断。
I∞称为最小熔化电流或称临界电流。
熔体的额定电流I RN应小于I∞，通常取I∞与I RN的比值为1.5～2，称作熔化系数。
该系数反映熔断器在过载时的不同保护特性，例如要使熔断器能保护小过载电流，熔化系数就应低些；为了避免电动机启动时的短时过电流使熔体熔化，熔化系数就应高图5－1 熔断器的安秒特性曲线些。
第二节高压熔断器在高压电网中，高压熔断器可作为配电变压器和配电线路的过负荷与短路保护，也可作为电压互感器的短路保护。
一、高压熔断器的种类及型号高压熔断器按照使用环境，分为户内式和户外式；按结构特点，分为支柱式和跌落式；按工作特性，可以分为限流型和非限流型。
当电路发生短路故障时，其短路电流增长到最大值是要有一定时限的，如熔断器的熔断时间（包括熄弧时间）小于短路电流达到最大值的时间，即可认为熔断器限制了短路电流的发展，此种熔断器称为限流熔断器，否则为不限流熔断器。
用限流熔断器保护的电气设备，遭受短路时所受损害可大为减轻。
高压熔断器的型号含义：B 1 2 3 － 4 5 6B：表示自爆式。
1：代表产品名称，R—熔断器。
2：代表安装场所，用下列字母表示：N—户内式；W—户外式。
3：代表设计系列序号，用数字表示。
4：代表额定电压，kV。
5：代表补充工作特性，G－改进型；Z－直流专用；GY－高原型。
6：代表额定电流，A。
例如：RW4－10/50型，即指额定电流50A、额定电压10kV、户外4型高压熔断器。
二、户内式高压熔断器户内高压熔断器全部是限流型熔断器，其熔体装在充满石英砂的密封瓷管内，当短路电流通过熔件使其熔断时，电弧产生在石英砂的填料中，受到石英砂颗粒间狭沟的限制，弧柱直径很小，同时电弧还受到很多的气体压力作用和石英砂对它的强烈冷却，所以限流式熔断器灭弧能力强，在短路电流未达到最大值时，就将电弧很快熄灭，因而可限制短路电流的发展，大大减轻了电气设备所受危害的程度，降低了对被保护设备动、热稳定性的要求。
因它在开断电路时无游离气体排出，所以在户内配电装置中广泛采用。
高压限流熔断器包括熔管和熔体，熔管内配置有瓷柱，瓷柱上等间距绕有熔体，熔管的两端图5－2 RN1和RN2型熔断器(a)RN1和RN2型熔断器的外形图；(b)、(c)R N型熔断器熔丝管的内部结构1-熔管；2－静触头座；3－支持绝缘子；4－底座；5－接线座；6－瓷质熔管；7－黄铜端盖；8－顶盖；9－陶瓷芯；10－熔体；11－小锡球；12－石英砂；13－细钢丝；14、14‘－熔断指示器配置有压帽，其间填充有石英砂。
熔体由高电阻和低电阻两种不同金属丝组成的熔体与经化学处理过作为灭弧介质的高纯度石英砂一起密封于熔管内，熔管采用耐高温的高强度氧化铝瓷制成。
在线路发生故障时，熔体熔化，产生电弧，石英砂立即将电弧熄灭，切断电路，起到保护电路的作用。
以RN1型为典型代表的设计序号为奇数系列的熔断器，用于3～35kV 的电力线路和电气设备的过载和短路保护；以RN2型为代表的设计序号为偶数系列的熔断器，专门用于保护3～35kV 的电压互感器，用于对高压电压互感器的过载及短路保护，当发生过载及短路故障时，能迅速动作，切断电源，保护设备的安全。
RN1和RN2系列熔断器的外形结构相似，如图5－2（a ）所示。
熔断器由二个支柱绝缘子、触点座、熔管及底板四个部分组成。
熔断体1卡在静触头座2内，静触头座2和接线座5固定在支持绝缘子3上，绝缘子固定在底座4上。
熔断器的熔断体装在充满石英砂的密封熔管内，RN1型熔断器根据额定电流的大小可装一、二或四根熔体，RN2型只装一根熔体。
额定电流小于7.5A 的熔体结构，如图5－2（b ）所示。
熔丝管6两端有黄铜端盖7，熔管内有绕在陶瓷芯9上的熔体10，熔体10是几根并联的镀银铜丝组成，中间焊有小锡球11。
额定电流大于7.5A 的熔体结构，如图5－2(c)所示。
由两种不同直径的铜丝做成螺旋形，连接处焊有小锡球，在熔断体内还有细钢丝13作为指示器熔体，它与熔体10并联，一端电流流过时，熔体在小锡球处熔断，产生电弧，电弧使熔体10沿全长熔断，随后指示器熔体13熔断，熔断指示器14被弹簧弹出，如图5－2（b ）中的14＇。
三、户外式高压熔断器户外式高压熔断器主要用于输电线路和电力变压器的过负荷与短路保护。
户外式高压熔断器型号较多，按其结构和工作原理可分跌落式熔断器和支柱式熔断器。
1.户外跌落式高压熔断器跌落式熔断器主要由熔丝具、熔丝管和熔丝元件三部分构成。
在熔丝管内装有用桑皮纸或钢纸等制成的消弧管。
熔管两端的上动触头和下动触头依靠熔断体系紧，将上动触头推人鸭嘴凸出部分后，磷铜片等制成的上静触头顶着上动触头，故而将熔管牢固地卡在鸭嘴里。
当短路电流通过电路使熔体熔断时，将产生电弧，管内衬的钢纸管在电弧作用下产生大量气体，在电流过零时将电弧熄灭。
由于熔体熔断，在熔管的上下动触头弹簧片的作用下，熔管迅速跌落，使电路断开，切除故障段线路或者故障设备。
RW4－10型户外跌落式高压熔断器基本结构如图5－3所示。
图示为正常工作状态，图5－3 跌落式熔断器结构示意图 1－上接线端；2－上静触点；3－上动触点；4－管帽； 5－操作环；6－熔管；7－熔丝；8－下动触点； 9－下静触点；10－下接线端；11－绝缘瓷瓶； 12－固定安装板它通过固定安装板倾斜安装在线路中（与垂直方向约成20°～30°），上下接线端（1、10）与上下静触点（2、9）固定于绝缘瓷瓶11上，下动触点8套在下静触点9中，可转动。
熔管6的动触点借助熔体张力拉紧后，推入上静触点2内锁紧，成闭合状态，熔断器处于合闸位置。
当线路发生故障时，大电流使熔体熔断，熔管下端触点失去张力而转动下翻，使锁紧机构释放熔管，在触点弹力及熔管自重作用下，回转跌落，造成明显的可见断口。
这种熔断器是靠熔管产气吹弧和迅速拉长电弧而熄灭，它还采用了“逐级排气”的新结构。
图中熔管上端有管帽4，在正常运行时是封闭的，可防雨水滴入。
分断小的故障电流时，由于上端封闭形成单端排气（纵吹），使管内保持较大压力，有利于熄灭小故障电流产生的电弧；而在分断大电流时，由于电弧使消弧管产生大量气体，气压增加快，上端管帽被冲开，而形成两端排气，以免造成熔断器机械破坏，有效地解决了自产气电器分断大、小电流的矛盾。
户外跌落式熔断器具有经济实惠、操作方便、适应户外环境性强等特点，广泛应用于10kV 架空配电线路的支线及用户进线处、35kV A 以下容量的配电变压器一次侧以及电力电容器等设备作为过载或短路保护和进行系统、设备投、切操作之用。
