电机与电气控制技术
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1.1.3 熔断器

熔断器是一种简单而有效的保护电器,在电路中主要起短路保护作用。它主要由熔体和安装熔体的绝缘管(绝缘座)组成。使用时,熔体串联于被保护的电路中,当电路发生短路故障时,熔体被瞬时熔断而分断电路,起到保护作用。它广泛应用于低压配电系统、控制系统及用电设备中,作为短路和过电流保护。

1.熔断器的类型

(1)插入式熔断器 插入式熔断器如图1-16所示,它常用于380V及以下电压等级的电路末端,作为配电支线或电气设备的短路保护。

(2)螺旋式熔断器 螺旋式熔断器如图1-17所示,其分断电流较大,可用于电压等级500V及以下、电流等级200A以下的电路中,作为短路保护。

(3)封闭式熔断器 封闭式熔断器分有填料封闭管式熔断器和无填料封闭管式熔断器两种,如图1-18和图1-19所示。有填料封闭管式熔断器一般采用方形瓷管,内装石英砂及熔体,其分断能力强,用于电压等级500V及以下、电流等级1kA以下的电路中。无填料封闭管式熔断器将熔体装入密闭式圆筒中,其分断能力稍弱,用于电压等级500V以下、电流等级600A以下的电网或配电设备中。

图1-16 插入式熔断器

1—动触头 2—熔体 3—瓷插件 4—静触头 5—瓷座

图1-17 螺旋式熔断器

1—底座 2—熔体 3—瓷帽

图1-18 有填料封闭管式熔断器

1—瓷底座 2—弹簧片 3—管体 4—绝缘手柄 5—熔体

图1-19 无填料封闭管式熔断器

1—钢圈 2—熔断管 3—管帽 4—插座 5—特殊垫圈 6—熔体 7—熔片

(4)快速熔断器 快速熔断器实物如图1-20所示。快速熔断器主要用于半导体整流器件或整流装置的短路保护。由于半导体整流器件的过载能力很低,只能在极短时间内承受较大的过载电流,因此要求它们的短路保护具有快速动作的能力。快速熔断器的结构和有填料封闭管式熔断器基本相同,但熔体材料和形状不同,快速熔断器使用的是以银片冲制的有V形深槽的变截面熔体。

(5)自复熔断器 自复熔断器是可多次动作的熔断器,它在限制过载或短路电流后,熔体能自动恢复到原状。自复熔断器主要由电流端子(又叫电极)、云母玻璃(填充剂)、绝缘管、熔体、活塞、氩气和外壳等组成。其中,自复熔断器的外壳一般用不锈钢制成,不锈钢外壳与其内部的氧化铍陶瓷绝缘管间用云母玻璃隔开,云母玻璃既是填充剂,又是绝缘物。

图1-20 快速熔断器实物

自复熔断器采用金属钠作为熔体,在常温下具有高电导率。当电路发生短路故障时,短路电流产生高温,使钠迅速气化,气态钠呈现高阻态,从而限制了短路电流。当短路电流消失后,温度下降,钠恢复原来的良好导电性能。自复熔断器只能限制短路电流,不能真正分断电路。其优点是不必更换熔体,能重复使用。

自复熔断器常与低压断路器串联使用,其本身也会并联一只附加电阻,以抑制分断时出现的过电压。正常工作时,自复熔断器呈低阻状态,并联电阻仅流过很小电流。而当线路发生故障时,自复熔断器呈高阻状态,并联电阻可吸收它所产生的过电压,并维持低压断路器脱扣器所需要的动作电流,保证低压断路器可靠分断。因此,低压断路器分断的电流实际上是自复熔断器的限流电流。

2.熔断器的选择

熔断器选择的主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。对于容量小的电动机和照明支线,常采用熔断器作为过载及短路保护,因而希望熔体的熔化系数适当小些,通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线,则应着重考虑短路保护和分断能力,通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列熔断器;当短路电流很大时,宜采用具有限流作用的RTO和RT12系列熔断器。

熔体的额定电流可按以下方法选择:

1)保护无起动过程的平稳负载,如照明电路、电阻和电炉等时,熔体额定电流略大于或等于负载电路中的额定电流。

2)保护单台长期工作的电动机,熔体电流可按最大起动电流选取,也可按下式选取

式中 IRN——熔体额定电流;

IN——电动机额定电流。

如果电动机频繁起动,式(1-1)中的系数可适当加大至3~3.5,具体应根据实际情况而定。

3)保护多台长期工作的电动机(供电干线),可按下式选取

式中 INmax——容量最大的单台电动机的额定电流;

IN——其余电动机的额定电流之和。