在配電系統(tǒng)里,恩彼邁跌落式熔斷器是守護(hù)設(shè)備安全的關(guān)鍵裝置,專門應(yīng)對過載及短路問題。而它的核心部件——熔絲(也叫熔體),材質(zhì)選擇太關(guān)鍵了,直接決定設(shè)備的保護(hù)效果、分?jǐn)嗄芰€有可靠性。我們選熔絲材質(zhì)時(shí),得在電氣性能、機(jī)械性能、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境適應(yīng)性之間找平衡,這可不是隨便應(yīng)付就能做好的事。
目前常用的熔絲材質(zhì)主要有三類,每類都有鮮明特點(diǎn)。第一類是高純度銅或銀,它們的電阻率特別低,正常工作時(shí)能穩(wěn)穩(wěn)通過額定電流,發(fā)熱量少且能耗低,這點(diǎn)真的很讓人省心。但它們也有小短板,熔點(diǎn)偏高,銅要到1083°C才熔化,銀也得961°C。想讓它們在過流時(shí)及時(shí)熔斷,就得用“冶金效應(yīng)”(M效應(yīng))技術(shù)——在熔絲特定位置點(diǎn)焊錫或者鉛錫合金做的“熔劑球”。過流時(shí),這個(gè)熔劑球先熔化,還會慢慢侵蝕銅或銀體,形成低溫共晶合金,這樣就能大幅降低熔絲的熔化溫度,讓它精準(zhǔn)符合定時(shí)-電流特性要求。不過純金屬熔絲雖然分?jǐn)嗄芰?qiáng),制造工藝卻比其他材質(zhì)復(fù)雜些。
第二類是錫或者鉛錫合金,它們的優(yōu)勢特別明顯,本身熔點(diǎn)就低,錫大概232°C,鉛錫合金熔點(diǎn)更低,不用搞M效應(yīng)那套,過流時(shí)就能快速熔化。雖然它們的電阻率比銅銀高,但我們可以通過調(diào)整截面積來匹配額定電流,靈活性很高。而且它們?nèi)刍匦苑€(wěn)定,安-秒特性曲線平滑,制造不難還成本低,性價(jià)比特別高。拿鉛錫合金來說,它延展性好,能輕松加工成我們需要的絲狀或帶狀。不過它也有不足,分?jǐn)嗄芰νǔ1炔簧香~銀材質(zhì),再加上現(xiàn)在環(huán)保要求越來越嚴(yán),含鉛的材質(zhì)用得也越來越少了。
第三類是鋅,它的熔點(diǎn)不算高也不算低,大概420°C,電阻率介于銅銀和錫鉛之間。我覺得它最讓人驚喜的一點(diǎn)是,在空氣中抗氧化腐蝕的能力超強(qiáng),能長期保持截面穩(wěn)定,所以它的時(shí)間-電流特性特別穩(wěn)定,幾乎不會隨時(shí)間老化而變化。在那些需要高穩(wěn)定性、長壽命的場景里,鋅熔絲特別受歡迎,只是它的分?jǐn)嗄芰ο鄬θ跻恍?/p>

選熔絲材質(zhì)可不能只看單一優(yōu)點(diǎn),得綜合考慮幾個(gè)關(guān)鍵因素。其一要看定時(shí)-電流特性(也就是安-秒特性),材質(zhì)決定熔絲熔化速度,必須和上下游保護(hù)設(shè)備、被保護(hù)設(shè)備(像變壓器)的熱承受能力精準(zhǔn)配合,這樣才能實(shí)現(xiàn)選擇性保護(hù),不然保護(hù)效果會差很多。其二是分?jǐn)嗄芰?,材質(zhì)得能安全切斷并熄滅最大預(yù)期短路電流產(chǎn)生的電弧,不能出現(xiàn)爆炸或者持續(xù)燃弧的情況,在這方面高純度銅銀材質(zhì)表現(xiàn)得特別出色。其三是老化與穩(wěn)定性,熔絲長期通電運(yùn)行,容易因高溫氧化導(dǎo)致截面減小、電阻增加,可能讓特性偏移,甚至在額定電流下就異常熔斷,而鋅和銀的抗氧化能力很突出,能減少這種問題。其四是機(jī)械強(qiáng)度,熔絲得有一定強(qiáng)度,安裝時(shí)的應(yīng)力、運(yùn)行中的電動(dòng)力還有環(huán)境振動(dòng),它都得扛得住。其五是經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性,滿足性能要求的前提下,成本肯定要考慮,而且現(xiàn)在無鉛化是大趨勢,大家都在研發(fā)并使用新型環(huán)保合金。
其實(shí)選對熔絲材質(zhì),是跌落式熔斷器發(fā)揮保護(hù)作用的基礎(chǔ)。純銅銀絲靠M效應(yīng)技術(shù),做到了高分?jǐn)嗄芰εc精確保護(hù)的結(jié)合;錫鉛合金成本低、特性穩(wěn)定,在不少場景里很實(shí)用;鋅則憑著出色的抗老化性能,保障了長期運(yùn)行的可靠性。
現(xiàn)在這個(gè)領(lǐng)域也在不斷發(fā)展,恩彼邁在不斷研發(fā)新型復(fù)合材料或者合金,希望能做出同時(shí)具備低電阻率、低且穩(wěn)定的熔點(diǎn)、優(yōu)秀抗老化能力、高機(jī)械強(qiáng)度還有環(huán)境友好這些優(yōu)點(diǎn)的材質(zhì)。拿銀基復(fù)合材料、多元合金以及完全無鉛的錫基合金來說,都是重要的研究方向,相信這些研究能讓配電保護(hù)設(shè)備變得更安全、更可靠、更智能且更環(huán)保。
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