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熔断器工作原理-用途和结构-技术参数-工作的物理过程————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：熔断器工作原理/用途和结构/技术参数/工作的物理过程1、熔断器（fuse-link）的用途和结构熔断器是当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体熔化而分断电器的保护电器，它是集感应、比较与执行于一体的最简单且性能优异的保护电器，在低压配电线路中作短路和过载保护用。
由于熔断器对过载反应不灵敏，所以不宜用于过载保护，主要用于短路保护。
熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管和熔座组成。
其中熔体是主要部分，既是感受元件又是执行元件。
熔体可以做成丝状、片状、带状、笼状，材料有两类：低熔点材料，如铅、锌、锡及铅锡合金；另一类为高熔点材料，如银、铜、铝等。
熔管的材料为陶瓷、绝缘钢纸或玻璃纤维。
2、熔断器的主要工作原理和主要技术参数：熔断器是一种结构简单、使用方便、价格低廉的保护电器。
它主要有熔体和安装熔体的导电零件组成，此外还有绝缘座和绝缘管组成。
使用时，熔体被保护电路串联，当电路为正常负载电流时，熔体温度较低。
如果电路发生短路故障时，电路电流增大，熔体发热。
当熔体温度升高到熔点时，自行熔断，分断故障电路，达到保护线路的目的。
3、熔断器工作的物理过程：1）.熔体升温当电路中出现短路电流时，使熔体温度升高到熔化温度，但熔体仍然处于固体状态，并没有开始熔化。
此时，电流越大，温度上升越快。
2）.熔体熔化熔体继续吸收热量，其中部分金属开始从固体状态转变为液体状态。
由于熔体熔化需要吸收一部分热，因此，这个阶段内，熔体温度始终保持在熔点。
3）.电弧产生熔化了的金属继续被加热直至汽化，即出现金属蒸汽。
此时，由于瞬间小的绝缘间隙的出现，电流突然中断，此时的电路电压会立即击穿此间隙，产生电弧，从而使电路又一次接通，形成第二次加热阶段。
适用范围:低压熔断器适用于交流50Hz（或60Hz）、额定电压至1000V、额定电流至1000A，主要用在电气装置中作线路过载和短路保护。
熔断器的结构:1、组成：熔体、安装熔体的绝缘管、端盖、触头、衬垫或绝缘座。
2、熔体的材料①低熔点材料，如铅锡合金，锌等②高熔点材料，如银、铜等。
常将熔体制成丝状或片状。
绝缘管内具有灭弧作用的材料。
产品型号含义规格电流RT 16 □ □↓ ↓ ↓ ↓熔断器设计序号00、1、2、3 2～1000A熔断器特性gG型熔断体：电气装置中作线路过载和短路保护。
aM型熔断体：保护电机类。
aR型熔断体：保护半导体设备。
交流接触器型号含义：现以常用的交流接触器为例说明：例CJ10-20C-表示接触器J-表示交流10-表示设计序号20-表示主触头额定工作电流还有线圈的控制电压，辅助触电的额定电流，使用时要特别注意控制电压的等级。
接触器型号含义：接触器的型号众多，以CJX2-2510(2501)型号含义：CJ：交流接触器；X：小型；2：设计序号；25：额定工作电流数值；10：一常开辅触点；01：一常闭辅触点。
另有CJX2-4011，11：一常开一常闭辅触点。
选择接触器可按上述作参考。
交流接触器结构与工作原理(一)如图l所示为交流接触器的外形与结构示意图。
交流接触器由以下四部分组成：图1 CJ10-20型交流接触器1一灭弧罩 2一触点压力弹簧片 3一主触点 4一反作用弹簧 5一线圈 6一短路环 7一静铁心 8一弹簧 9一动铁心10一辅助常开触点 11一辅助常闭触点（1）电磁机构电磁机构由线圈、动铁心(衔铁)和静铁心组成，其作用是将电磁能转换成机械能，产生电磁吸力带动触点动作。
（2）触点系统包括主触点和辅助触点。
主触点用于通断主电路，通常为三对常开触点。
辅助触点用于控制电路，起电气联锁作用，故又称联锁触点，一般常开、常闭各两对。
（3）灭弧装置容量在10A以上的接触器都有灭弧装置，对于小容量的接触器，常采用双断口触点灭弧、电动力灭弧、相间弧板隔弧及陶土灭弧罩灭弧。
【专业知识】建筑电气：熔断器的选择方法为了更好的保护电路和产品，熔断器的选择很关键。
下面主要从不同的角度来进行说明。
（一）从熔断器的类型选择应根据使用场合选择熔断器的类型。
电网配电一般用刀型触头熔断器（如FerrazshawmutAmp-trap系列或者BussmannFRS-R系列）；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用圆筒帽形熔断器；保护可控硅元件则应选择半导体保护用快速式熔断器。
（二）从熔断器的规格选择1.熔体额定电流的选择（1）对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电流。
（2）对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流。
（3）在电动机回路中用作短路保护时，应考虑电动机的启动条件，按电动机启动时间的长短来选择熔体的额定电流。
对启动时间不长的电动机，可按下式决定熔体的额定电流IN熔体=Ist/（2.5~3）式中Ist电动机的启动电流，单位：A对启动时间较长或启动频繁的电动机，按下式决定熔体的额定电流IN熔体=Ist/（1.6~2）对于多台电动机供电的主干母线处的熔断器的额定电流可按下式计算：In=（2.0~2.5）Imemax∑Ime注：In熔断器的额定电流；Ime电动机的额定电流；Imemax多台电动机容量最大的一台电动机的额定电流；∑Ime其余电动机的额定电流之和。
电动机末端回路的保护，选用aM型熔断器，熔断体的额定电流In稍大于电动机的额定电流；（4）电容补偿柜主回路的保护，如选用gG型熔断器，熔断体的额定电流In约等于线路计算电流1.8~2.5倍；如选用aM型熔断器，熔断体的额定电流In约等于线路电流的1~2.5倍。
（5）线路上下级间的选择性保护，上级熔断器与下级熔断器的额定电流In的比等于或大于1.6，就能满足防止发生越级动作而扩大故障停电范围的需要。
（6）保护半导体器件用熔断器，熔断器与半导体器件串联，而熔断器熔体的额定电流用有效值表示，半导体器件的额定电流用正向平均电流表示，因此，应按下式计算熔体的额定电流：IRN大于等于1.57IRN≈1.6IRN式中IRN表示半导体器件的正向平均电流。
引言熔断器保护各类设备和开关设备免受过电流的影响。
过电流可能引起下述危害：•导线或母线的热损害；•金属汽化；•气体离子化；•燃弧，起火，爆炸；•绝缘损害。
除了人身伤害外，由于停机时间和对受损设备进行修理，过电流可能造成巨大的经济损失。
现在，熔断器是通用的过电流保护电器。
在消除或抑制过电流影响方面，熔断器提供了非常经济有效的解决方案。
低压熔断器应用指南1 范围本报告用于指导低压熔断器的应用和选用。
2 熔断器选择和标志选择合适的熔断器应考虑被保护设备和应被切断的电源的实际情况。
关于电源，应确定下列参数：——系统电压（运行电压）；——频率（用于交流）；——预期短路电流；——满负载电流（运行电流）。
熔断体可在小于额定分断能力的低值下安全使用。
选择特殊用途的熔断器应考虑时间-电流特性和分断范围。
时间-电流确定了应用领域，分断范围表明熔断器是否与附加的过电流保护电器一起使用。
“全范围”指熔断器能分断使熔体熔化至额定分断能力的任何电流。
全范围熔断器可作为独立的保护电器使用。
“部分范围”、或后备熔断器仅分断短路电流。
当预期电流超过单个过电流保护电器的分断能力时，部分范围熔断器通常用作该电器（如电动机起动器或断路器）的后备保护。
IEC 60269系列规定了下述熔断器的时间-电流特性的门限和分断范围：熔断器应用3 导线保护3.1 概述熔断体既可用于过载电流保护，也可用于短路电流保护。
简单有效的熔断体选择指南规定于下述条款：•gG类型•gN和gD类型（北美）•gR和gS类型（半导体保护）应该强调，IEC 60364-4-43要求每条电路应设计成长时间的小过载电流不可能发生。
对于在过载保护电器额定电流的1倍至1.45倍之间的小过载电流，在约定时间内电器可能不动作。
当运行温度超过额定值时，连接的老化和劣变很快增加。
注意：决不可将过载保护电器作为负载限制电器使用。
熔断体在超出它的额定电流之上连续运行可能产生过热，损害运行。
低压电器工作电压交流1000V（工作电压为AC1140V 的电器可参照执行）、直流1500V 以下的电气线路中的电气设备。
熔断器一、专职人员使用的熔断器(1). 对产品种类的描述当电流超过规定值足够长的时间，通过熔断一个或几个特殊设计和成比例的熔体分断此电流，由此断开其所接入的电路的装置。
熔断器由形成完整装置的所有部件组成。
适用于装有额定分断能力不小于6kA的封闭式限流熔断体的熔断器。
该熔断器作为保护标称电压不超过1000V 的交流工频电路或标称电压不超过1500V 的直流电路用。
(2). 对适用产品的描述或列举适用于在专职人员使用的熔断器。
列举如下：刀型触头熔断器带撞击器的刀型触头熔断器螺栓连接熔断器圆筒形帽熔断器偏置触刀熔断器“gD”和“gN”特性熔断器(3). 备注适用标准：GB13539.1；GB/T13539.2二、非熟练人员使用的熔断器(1). 对产品种类的描述当电流超过规定值足够长的时间，通过熔断一个或几个特殊设计和成比例的熔体分断此电流，由此断开其所接入的电路的装置。
熔断器由形成完整装置的所有部件组成。
适用于装有额定分断能力不小于6kA的封闭式限流熔断体的熔断器。
该熔断器作为保护标称电压不超过1000V 的交流工频电路或标称电压不超过1500V 的直流电路用。
(2). 对适用产品的描述或列举适用于额定电流不超过100A，额定电压不超过交流500V 的非熟练人员使用的家用及类似用途的“gG”熔断器。
列举如下：D 型熔断器NF 圆管式熔断器BS 圆管式熔断器意大利圆管式熔断器插脚式熔断器用于插头的圆管式熔断体(3). 备注适用标准：GB13539.1；GB13539.3三、半导体设备保护用熔断体(1). 对产品种类的描述当电流超过规定值足够长的时间，通过熔断一个或几个特殊设计和成比例的熔体分断此电流，由此断开其所接入的电路的装置。
熔断器由形成完整装置的所有部件组成。
适用于装有额定分断能力不小于6kA的封闭式限流熔断体的熔断器。
半导体设备保护用熔断体1 总则除IEC 60269-1：2006规定外，补充下列要求。
半导体设备保护用熔断体应符合IEC 60269-1：2006所有要求，并且还应符合本部分规定的补充要求。
1.1 范围和目的本部分的补充要求适用于安装在具有半导体装置的设备上的熔断体，该熔断体适用于标称电压不超过交流1 000V或直流1 500V的电路。
如适用，还可用于更高的标称电压的电路。
注1：此类熔断体通常称为“半导体熔断体”。
注2：在多数情况下，组合设备的一部分可用作熔断器底座。
由于设备的多样性，难以作出一般的规定；组合设备是否适合作熔断器底座，宜由用户与制造厂协商。
但是，如果采用独立的熔断器底座或熔断器支持件，他们应符合IEC 60269-1：2006的相关要求。
注3：IEC 60269-6专用于太阳能光伏系统的保护。
本部分的目的是确定半导体熔断体的特性，从而在相同尺寸的前提下，可以用具有相同特性的其他型式的熔断体替换半导体熔断体。
因此，本部分中特别规定了：a) 熔断体的下列特性：1) 额定值；2) 正常工作时的温升；3) 耗散功率；4) 时间-电流特性；5) 分断能力；6) 截断电流特性和I2t特性；7) 电弧电压特性。
b) 验证熔断体特性的型式试验；c) 熔断体标志；d) 应提供的技术数据（见附录BB）。
1.2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
IEC 60269-1：2006 低压熔断器第1部分：基本要求（Low-voltage fuses - Part 1: General requirements）IEC 60269-2：2006 低压熔断器第2部分：专职人员使用的熔断器的补充要求（主要用于工业的熔断器）标准化熔断器系统示例A至J（Low-voltage fuses - Part 2: Supplementary requirements for fuses for use by authorized persons (fuses mainly for industrial application)- Examples of standardized systems of fuses A to J）IEC 60269-3 低压熔断器第3部分：非熟练人员使用的熔断器的补充要求（主要用于家用和类似用途的熔断器）标准化熔断器系统示例A至F（Low-voltage fuses-Part 3：Supplementary requirements for fuses for use by unskilled persons（fuses mainly for household and similar applications)-1Examples of standardized systems of fuses A to F）IEC 60417 设备用图形符号（Graphical symbols for use on equipment）ISO 3 优先数优先数系列（Preferred numbers–Series of preferred numbers）2 术语和定义除IEC 60269-1：2006规定外，补充下列要求。
2.2一般术语2.2. 101半导体设备 Semiconductor device基本特性是由于载流子在半导体中流动引起的一种设备。
[IEV 521-04-01]2.2. 102半导体熔断体 Semiconductor fuse-link在规定条件下，可以分断其分断范围内任何电流的限流熔断体（见7.4）。
2.2. 103信号装置 Signalling device作为熔断器的部件，用于向远处发出熔断器动作信号的装置。
注：信号装置由撞击器和辅助开关组成，也可以由电子装置组成。
2.2. 104电压源逆变器 voltage source inverterVSI稳压逆变器。
[IEV 551-12-11]注：也可指稳压逆变器，即该逆变器在提供电流时，其输出电压无任何实质性地改变。
2.2. 105电压源逆变器熔断体 voltage source inverter fuse-linkVSI熔断体 VSI fuse-link在规定条件下，能分断电压源逆变器内直流侧的电容器放电产生的短路电流的限流熔断体。
注1：本文件使用缩略语“VSI熔断体”。
注2：为了在高频下能正常运行，VSI熔断体通常在短路电流下动作，该短路电流由直流侧的电容器通过很低的电感放电所产生。
此短路条件导致很高的电流上升率（相当于低的时间常数值，典型值为1ms至3ms）。
即使在短路期间，当电流上升时外加电压降低，电源电压仍为直流。
注3：在某些复合交流驱动运用中，单个输出逆变器可能远离主输入整流器。
在这种情况下，相关的故障电路阻抗可能影响熔断体的动作。
由此当选择适当的短路保护时，需考虑相关的时间常数和电容器的尺码。
3 正常工作条件除IEC 60269-1：2006规定外，补充下列要求。
3.4电压3.4.1额定电压对于交流，熔断体的额定电压与外加电压有关，它以正弦交流电压的有效值表示。
可以假定在熔断体的熔断过程中，外加电压保持不变。
验证额定值的所有试验以此为基础。
注：在很多应用中，在熔断时间的大部分时间内，外加电压相当接近正弦波。
但是也有很多场合，此条件得不到满足。
非正弦外加电压时的熔断体的性能，可以通过对非正弦外加电压的算术平均值与正弦外加电压时比较来进行近似估算。
对于直流和VSI熔断体，熔断体的额定电压与外加电压有关，它以平均值表示。
如果直流电压是由交流电压整流得到的，那么直流电压的波动不应超过平均值的5%或低于平均值的9%。
3.4.2工作中的外加电压正常工作条件下，外加电压是指当故障电路中电流增加到熔断体将要熔断时的电压。
对于交流，单相交流电路中外加电压值通常等于工频恢复电压的值。
除正弦交流电压，其他交流电压应知道外加电压与时间的函数关系。
对于单向电压和VSI熔断体，其主要数据有：——熔断体整个熔断时间的平均值；——燃弧末期的瞬时值。
3.5电流半导体熔断体的额定电流是以额定频率下的正弦交流电流的有效值表示。
对于直流，认为电流有效值不超过额定频率时正弦交流的有效值。
注：熔体的热反应时间可能很短，以致在这非正弦电流的条件下熔体的熔断不能仅根据有效值电流来估算。
这种情况特别出现在频率较低和电流出现较突出的峰值，而峰值间出现相当长的小电流。
例如：在变频和牵引的使用场合。
3.6频率、功率因数和时间常数3.6.1频率额定频率是指型式试验中正弦电流和电压的频率。
注：当工作频率与额定频率相差很大时，用户宜与制造厂协商。
3.6.3时间常数（τ）对于直流，实际运用中的时间常数应符合表105的规定。
注1：某些使用场合对时间常数的要求可能超出表的规定。
在这种情况下，宜使用经试验证明符合要求并宜标有相应标志的熔断体或用户和制造厂之间达成关于该种熔断体适用性的协议。
某些使用场合时间常数明显地低于表中规定值。
在这种情况下，外加电压可能高于表105规定的额定电压。
对于VSI熔断体，实际运用中相当的时间常数应符合表106的规定。
注2：由于低电感引起高的短路电流上升率，此被视为相当于一个低的时间常数。
3.10 壳内的温度熔断体的额定值是根据规定条件而定的,当安装地点的实际情况（包括安装地的空气条件）与规定条件不符合时,用户应与制造厂协商是否需要重新规定额定值。
4 分类IEC 60269-1：2006适用。
5 熔断器特性3除IEC 60269-1：2006规定外，补充下列要求。
5.1特性概要5.1.2熔断体a)额定电压(见5.2)；b)额定电流(见IEC 60269-1：2006中5.3)；c)电流种类和频率 (见IEC 60269-1：2006中5.4)；d)额定耗散功率 (见IEC 60269-1：2006中5.5)；e)时间-电流特性(见5.6)；f)分断范围(见IEC 60269-1：2006中5.7.1)；g)额定分断能力(见IEC 60269-1：2006中5.7.2)；h)截断电流特性(见5.8.1)；i)I2t特性(见5.8.2)；j) 尺寸或尺码(如适用)；k) 电弧电压特性(见5.9)。
5.2 额定电压对于额定交流电压不超过690V,额定直流电压不超过750V,IEC 60269-1：2006适用；对于更高的电压,可从ISO 3中的R5或R10系列中选取。
熔断体应有一个交流电压额定值或直流电压额定值或VSI电压额定值，且可有一个或多个这些电压额定值。
5.4 额定频率额定频率是指与性能数据相关的频率。
5.5 熔断体的额定耗散功率除IEC 60269-1：2006规定外,制造厂应规定额定耗散功率与50%～100%额定电流的函数关系或50%、63%、80%和100%额定电流时的额定耗散功率。
注：若要考虑熔断体的电阻值，此值宜根据耗散功率和相关电流的函数关系来确定。
5.6 时间-电流特性极限5.6.1 时间－电流特性，时间－电流带5.6.1.1 基本要求熔断体的时间-电流特性与设计有关，对于给定的熔断体，也与周围空气温度和冷却条件有关。
制造厂应按8.3规定的条件，提供周围空气温度为20℃～25℃时的时间-电流特性。
考虑的时间-电流特性是弧前特性和熔断特性。
对于交流，是指在额定频率下弧前或熔断时间大于0.1s时的时间-电流特性。
对于直流，是指在按表105规定的时间常数下弧前或熔断时间大于15τ时的时间-电流特性。
对于较高的预期电流（时间较短），相同的资料应以I²t特性（见5.8.2）表示。
5.6.1.2 弧前时间-电流特性对于交流，弧前时间-电流特性应以给定频率（额定频率）下对称交流电流值表示。
对于直流，对相关电路时间超过15τ的弧前时间-电流特性部分特别重要，该部分与同一区域内的交流弧前时间-电流特性相同。
注1：由于实际使用中遇到的电路时间常数范围比较大，对于时间短于15τ的特性，以弧前I2t特性来表示比较方便。
注2：选择15τ的数值是为了避免在较短的时间内，不同的电流上升率对弧前时间-电流特性的影响。
5.6.1.3 熔断时间-电流特性对于时间大于0.1s的交流和时间大于15τ的直流，其燃弧时间与弧前时间相比可忽略不计，因此熔断时间相等于弧前时间。
5.6.2 约定时间和约定电流5.6.2.1 “aR”型熔断体的约定时间和约定电流见7.4。
5.6.2.2 “gR”和“gS”型熔断体的约定时间和约定电流约定时间和约定电流在表101中规定。
表101 “gR”和“gS”型熔断体的约定时间和约定电流5.6.3 门限不适用。
