熔斷器是一種利用電流熱效應原理和熱效應導體熱熔斷來保護電路的電器,廣泛應用于各種控制系統(tǒng)中起保護電路的作用。當電路發(fā)生短路或嚴重過載時,它的熱效應導體能自動迅速熔斷,從而切斷電路,使導線和電氣設(shè)備不致?lián)p壞。由于它結(jié)構(gòu)緊湊,價格低廉、工作可靠、使用、維護方便,因而應用十分廣泛。
熔斷器主要由熔體和安裝熔體的絕緣管或絕緣座組成。熔體一般由熔點低、易于熔斷、導電性能好的熱效應合金材料制成;絕緣管或絕緣座一般由陶瓷、膠木或塑料組成。從結(jié)構(gòu)上分,熔斷器有插入式、螺旋式、密封式和自復式。
常用的插入式熔斷器有rc1a系列。由軟鋁絲或銅絲制成熔體,這種熔斷器一般用在低壓照明線路末端或分支電路中作短路保護及高倍過流保護之用。其特點是結(jié)構(gòu)簡單,尺寸小,更換方便,價格低廉。
無填料密封管式熔斷器有rm10系列,。當發(fā)生短路時,熔體在最細處熔斷,并且多處同時熔斷,有助于提高分斷能力。熔體熔斷時,電弧被限制在封閉管內(nèi),不會向外噴出,故使用起來較為安全。另外,在熔斷過程中,密閉管內(nèi)產(chǎn)生大量氣體,氣體壓力達到30~80個大氣壓。在此大氣壓的作用下,電弧受到劇烈的壓縮,加強了復合作用,促使電弧很快熄滅,從而提高了熔斷器的分斷能力。無填料密閉管式熔斷器常用于低壓電力線路或成套配電設(shè)備中的連續(xù)過載和短路保護。
有填料密封管式熔斷器有rto、rt系列,有的還包括熔斷指示器和熔斷體蓋板。熔體采用紫銅箔沖制的網(wǎng)狀熔片并聯(lián)而成,裝配時將熔片圍成籠形,使填料與熔體充分接觸,這樣既能均勻分布電弧能量,提高分斷能力,又可使管體受熱較為均勻而不易斷裂。熔斷指示器是一個機械信號裝置,指示器上焊有一根很細的康銅絲,與熔體并聯(lián)。在正常情況下,由于康銅絲的電阻很大,電流基本上從熔體流過。當熔體熔斷時,電流流過康銅絲,使其迅速熔斷。此時,指示器在彈簧的作用下立即向外彈出,顯現(xiàn)處醒目的紅色信號。像rt14、rt18等一些新型的熔斷器采用發(fā)光二極管作熔斷指示器,當熔體熔斷時,電流流過發(fā)光二極管而發(fā)光指示。絕緣手柄是用來裝卸熔斷器熔體的可動部件。
瓷質(zhì)管體內(nèi)充滿了石英砂填料,起冷卻和消弧的作用,加上熔體的特殊結(jié)構(gòu),使有填料封閉管式熔斷器可以分斷較大的電流,故常用于大容量的配電線路中。
螺旋式熔斷器有rls系列和rl1系列。熔體是一個瓷管,內(nèi)裝石英砂和熔絲,石英砂用于熔斷時的消弧和散熱,瓷管頭部裝有一個染成紅色的熔斷指示器,一旦熔體熔斷,指示器馬上彈出脫落,透過瓷帽3上的玻璃孔可以看到,起到指示的作用。螺旋式熔斷器具有較大的熱慣性和較小的安裝面積,常用于機床電氣控制。其缺點是熔體為一次性使用,成本較高。
快速熔斷器有rso系列和rs3系列??焖偃蹟嗥髦饕糜诎雽w器件保護。半導體器件的過載能力很低,只能在極短的時間(數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒)內(nèi)承受過載電流。而一般熔斷器的熔斷時間是以秒計的,所以不能用來保護半導體器件,為此,必須采用在過載時能迅速動作的快速熔斷器??焖偃蹟嗥鞯慕Y(jié)構(gòu)與有填料封閉管式熔斷器基本一致,所不同的是快速熔斷器采用以銀片沖制成的有v形深槽的變截面熔體。
自復式熔斷器采用低熔點金屬鈉作熔體。當發(fā)生短路故障時,短路電流產(chǎn)生高溫使鈉迅速氣化,呈現(xiàn)高阻狀態(tài),從而限制了短路電流的進一步增加。一旦故障消失,溫度下降,金屬鈉蒸汽冷卻并凝結(jié),重新恢復原來的導電狀態(tài),為下一次動作作好準備。由于自復式熔斷器只能限制短路電流,卻不能真正切斷電路,故常與斷路器配合使用。它的優(yōu)點是不必更換熔體,可重復使用。
熔斷器的保護特性也就是熔體的熔斷特性,一般也稱作為安秒特性。所謂按秒特性是指熔體的熔化電流與溶化時間的關(guān)系,如圖1所示。從特性曲線上可以看出,熔斷器的熔斷時間與通過熔體的電流大小有關(guān),同時存在一熔斷電流與不熔斷電流的分界線,此分界電流稱為最小熔斷電流iτ。熔斷器的額定電流ie必須小于最小熔斷電流iτ。
熔斷器的最小熔斷電流iτ與額定電流i.e.之比稱為熔斷器的熔化系數(shù),熔化系數(shù)主要取決于熔體的材料、工作溫度和結(jié)構(gòu)。一般情況下,當通過的電流不超過1.25 i.e.時,熔體將長期工作;當電流不超過2 i.e.時,約在30s~40s后熔斷;當電流達到2.5 i.e.時,約在8s左右熔斷;當電流達到4 i.e.時,約在2s左右熔斷;當電流達到10 i.e.時,熔體瞬時熔斷。所以當電路發(fā)生短路時,短路電流使熔體瞬時熔斷。熔斷器的圖形符號表示如圖2所示。文字符號用fu表示。
圖1 熔斷器按秒特性
圖2 熔斷器的圖形符號
熔斷器一般是根據(jù)線路的工作電壓和額定電流來選擇的;對一般電路、直流電動機和線繞式異步電動機的保護來說,熔斷器是按它們的額定電流選擇的。但對于鼠籠式異步電動機,卻不能這樣,因為,鼠籠式異步電動機直接啟動時的啟動電流為額定電流的(5~7)倍,按額定電流選擇時,熔體將即刻熔斷。因此,為了保證所選的熔斷器既能起到短路保護的作用,又能使電機啟動,一般鼠籠式異步電動機的熔斷器按啟動電流的1/k(k=1.6~2.5)來選擇。輕載啟動、啟動時間短的k選大一些,重載啟動、啟動時間長的k選小一些。由于電動機的啟動時間是短促的,故這樣選擇的熔斷器在啟動過程中是來不及熔斷的。
熔斷器結(jié)構(gòu)簡單、價廉、但動作準確性較差,熔體斷了以后需重新更換,而且若只斷了一相還會造成電動機的缺相運行,所以它只適用于自動化程度和其動作準確性要求不高的系統(tǒng)中。