在配電線路與配電變壓器中,跌落式熔斷器是至關(guān)重要的過載保護(hù)電器,同時也能防范短路故障。它的核心功能全靠熔絲(也就是熔體)實現(xiàn),熔絲的熔斷電流特性如何,直接決定了整個保護(hù)性能的優(yōu)劣。而且熔斷電流不是固定值,它和時間聯(lián)系緊密,是一套復(fù)雜的特性系統(tǒng)。
我們首先要理解一個核心概念——“安-秒特性”(也叫I-t特性)。熔絲熔斷時就遵循這個特性,具體來說就是熔斷時間與通過熔體的電流大小成反時限關(guān)系:電流越大,熔斷用的時間越短;電流越小,熔斷用的時間越長。這個特性是實現(xiàn)選擇性保護(hù)的基礎(chǔ),有了它,故障發(fā)生時,最靠近故障點的熔斷器才能最先動作,把停電范圍控制到最小。
和熔斷電流相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)有幾個。額定電流(I?)指的是熔絲能長期通過,還不會出現(xiàn)老化或者誤熔斷的最大有效電流。最小熔化電流(I?)是在規(guī)定條件下(通常不少于1小時)能讓熔體熔化的最小電流,這個值一般是額定電流的1.2至1.5倍,在這個電流下,熔絲可能會發(fā)熱嚴(yán)重,但不會迅速熔斷。約定不熔斷電流通常是1.25倍額定電流,意思是熔絲在約定時間內(nèi)(一般是1小時)不該熔斷的電流。約定熔斷電流常見的是1.6倍額定電流或者2.1倍額定電流,要求熔絲在約定時間內(nèi)(通常1小時或者不超過2分鐘)必須熔斷。這些約定值都有國家標(biāo)準(zhǔn)(拿GB/T 15166來說)嚴(yán)格規(guī)定,目的是保證產(chǎn)品性能一致并且可靠。
熔斷電流不只是由電流絕對值決定,還受多種因素影響。其一和熔絲材質(zhì)以及冶金效應(yīng)(M效應(yīng))有關(guān)。高純度銅、銀這類材料,電阻率低并且熔點高(像銅的熔點就有1083℃)。為了讓它們在過電流較小時能及時熔斷,現(xiàn)在普遍會用冶金效應(yīng)技術(shù),具體做法是在熔絲的特定部位點焊上錫或者錫合金做的“熔劑球”。當(dāng)有過電流通過讓熔絲發(fā)熱,溫度達(dá)到錫的熔點(232℃)時,熔劑球會先熔化,然后快速侵蝕并且熔解下面的銅或銀基體,形成電阻率高、熔點低的錫銅或者錫銀共晶合金。這個局部點的電阻會急劇增大,熔點也突然下降,于是就率先熔斷,形成電弧間隙。這樣一來,熔點高的金屬熔絲也能實現(xiàn)精確的反時限保護(hù)特性。

其二是熔體的幾何結(jié)構(gòu),熔絲的長度、截面積,還有截面積的變化(像變截面設(shè)計),都會決定它的電阻值和散熱條件,進(jìn)而直接影響發(fā)熱和熔化過程。經(jīng)過精細(xì)設(shè)計的變截面結(jié)構(gòu),能在不同過流倍數(shù)下產(chǎn)生多個“熱點”,讓安-秒特性曲線更優(yōu)化。
其三是散熱條件與環(huán)境,熔絲熔斷的過程是發(fā)熱和散熱的動態(tài)平衡。熔斷管(滅弧管)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、周圍空氣的溫度、安裝方式,乃至海拔高度,都會影響散熱效率,也就會對實際熔斷時間產(chǎn)生輕微影響。
再看標(biāo)準(zhǔn)、測試與選型方面,熔斷器的安-秒特性曲線是制造商通過型式試驗確定的,還得符合國家標(biāo)準(zhǔn)。我們在選擇的時候,一定要根據(jù)制造商提供的時間-電流特性曲線(TCC曲線)來核對,確保它和上級、下級保護(hù)設(shè)備(拿斷路器來說)以及被保護(hù)設(shè)備(拿變壓器來說)的耐受特性相匹配。
熔絲額定電流的選擇特別關(guān)鍵。要是保護(hù)配電變壓器,通常按變壓器額定電流的1.5~2.0倍來選。選的倍數(shù)太小,可能承受不了變壓器正常的合閘勵磁涌流(一般是額定電流的8~12倍,持續(xù)時間大約0.1秒),導(dǎo)致誤熔斷;要是倍數(shù)太大,就起不到有效的過載保護(hù)作用。要是保護(hù)線路,就得考慮線路的載流量以及允許的過負(fù)荷范圍。
恩彼邁跌落式熔斷器熔絲的熔斷電流是經(jīng)過精心設(shè)計的系統(tǒng)特性,它巧妙利用了材料的電熱特性與冶金化學(xué)反應(yīng),實現(xiàn)了對配電系統(tǒng)的反時限過流保護(hù)。我們正確理解并且應(yīng)用它的安-秒特性,是發(fā)揮其保護(hù)功能的關(guān)鍵。在選擇和使用時,必須嚴(yán)格遵循“額定電流匹配”并且“特性曲線校驗”的原則,確保它既能躲過各種暫態(tài)沖擊電流,又能在線路或者設(shè)備發(fā)生真正故障時,可靠并且有選擇性地快速動作,成為電網(wǎng)里一道經(jīng)濟(jì)又可靠的安全屏障。
