熔断器的基础知识

一、熔断器的熔体及其作用

1、熔断器是一种最简单的保护电器。 熔断器的熔体俗称保险丝、保险片，是用铅锡、铅锑、铝合金或锌等制成不同规格的圆或片状，规格是以额定电流表示，还有一种特别的熔体是装在成套供应的保险管中使用。

2、熔体是熔断器的主要部件，当电网或电路中的用电设备发生过载或短路时，通过熔断器的电流大于熔体规定值，熔体在熔断器本身所产生的热量作用下，通过自身熔化而自动断开电路，避免由于过电流的热效应和电动力引起电网及用电设备损坏，并阻止事故的蔓延，从而达到保护线路或电气设备的目的。

二、熔断器的选用

熔断器的额定电流与熔体的额定电流不同，某一额定电流等级的熔断器可以装入几个不同额定电流等级的熔体。 所以选择熔断器作线路和设备的保护时，首先要明确选用熔体的规格，然后再根据熔体去选定熔断器。

1、选用原则

1）熔断器的保护特性必须与所保护对象的过载特性有良好的配合，使其在整个曲线范围内获得可靠的保护。

2）熔断器的极限分断电流应大于或等于所保护线路可能出现的短路冲击电流的有效值，否则就不能获得可靠的短路保护。

3）在配电系统中，各级熔断器必须相互配合以实现选择性，一般要求前一级熔体比后级熔体的额定电流大2～3倍，这样才能避免因发生越级动作而扩大停电范围。

4）只有要求不高的电动机才采用熔断器作过载和短路保护，一般电动机过载保护宜用热继电器，而熔断器则只作短路保护。

2、选用方法

1）根据电网电压选用相应电压等级的熔断器；

2）根据网络短路电流选用，并根据配电系统中可能出现的最大故障电流，选择具有相应分断能力的熔断器。

3）熔断器在电动机回路中作短路保护时，为避免在电动机启动过程中熔断，对于单台电动机，熔体额定电流应不小于1.5～2.5倍电机额定电流；对于多台电动机，总熔体额定电流应不小于1.5~2.5倍容量最大电动机的额定电流加上其余电动机的计算负荷电流。

4）对照明或电炉等负载的短路保护，熔体的额定电流应等于或稍大于负载额定电流。

5）采用熔断器保护线路时，熔断器应装在各相线上。 在两相三线或三相四线回路中的中性线上严禁装熔断器，因为中性线断开会引起电压不平衡，可能烧坏电气设备。 在公共电网供电的单相线路上，中性线上应装熔断器，电网的总熔断器除外。

6）各级熔断器使用时应相互配合，熔体额定电流下一级应比上一级小。

三、熔断器的使用和维护

1、核对熔断器额定电压是否相符，额定分断能力是否大于线路预期短路电流；

2、检查熔断器接触是否良好，熔体是否受到损伤；

3、熔断器周围介质温度与被保护电器周围介质温度应一致，以免保护特性产生误差；

4、发现熔体已经腐蚀、损伤或熔断，应更换熔体，新换的熔体应与原来规格一致；

5、更换熔体时应在不带电时进行；

6、熔断器上积有尘垢，应及时清除，对于有动作指示的熔断器，应定期检查，发现异常，即时处理。

四、低压熔断器

1、低压熔断器的型号及含义

2、低压熔断器的分类

低压熔断器按结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三大类。

1）开启式熔断器

当熔体熔化时没有限制电弧火焰和金属熔化粒子喷出的装置，仅适用于断开短路电流不大的场合，这种熔断器常与刀开关组合使用。

2）半封闭式熔断器

熔断体装于管内，管的一端或两端开启，对熔断体熔化时电弧火焰和金属熔化粒子喷出有一定的方向限制，减少了对人员的一些伤害，但仍然不够安全，使用受到一定的限制。

3）封闭式熔断器

熔断体完全封闭在壳体内，没有电弧喷出，不会造成邻近带电部分飞弧和近处人员的危险。

3、低压熔断器的结构

熔断器主要由熔体和安装熔体的熔管或熔座两部分构成。

1）熔体

熔体是熔断器的重要部分，常做成丝状或片状。 熔体的材料有两种，一种是低熔点材料，如铅、锌、锡以及锡铅合金等； 另一种是高熔点材料，如银和铜。

2）熔管

熔管是熔体的保护外壳，在熔体熔断时还有灭弧的作用。

4、低压熔断器的参数

熔断器的参数指的是熔管或熔座的参数，而不是熔体的参数。

1）熔体参数

熔体有两个参数，即额定电流和熔断电流。 额定电流是指长时间通过熔断器而不熔断的电流值。 熔断电流通常是额定电流的两倍，一般通过熔体的电流为额定电流的1.3倍时，应在一小时以上熔断；1.6倍时，应在一小时内熔断；达到熔断电流时，在30～40秒后熔断；达到9～10倍额定电流时，熔体应瞬间熔断。 熔体具有反时限的保护特性，流过熔体的电流越大，熔断时间越短。

2）熔管参数

熔管有三个参数，即额定电压、额定电流和断流能力。

（1）额定电压是从灭弧角度提出的，当熔管的工作电压大于额定电压时，在熔体熔断时可能出现电弧不能熄灭的危险。

（2）熔管的额定电流是由熔管长期工作所允许温度决定的电流值，所以熔管中可装入不同等级额定电流的熔体，但所装入熔体的额定电流不能大于熔管的额定电流。

（3）断流能力是表示熔管在额定电压下断开电路故障时所能切断的最大电流值。

5、低压熔断器的工作原理

低压熔断器的熔断过程大致分为四个阶段：

1）熔体串联在电路中，负荷电流流过熔体。 由于电流的热效应作用会使熔体温度上升，当电路发生过载或短路时，电流使熔体过度发热而达到熔化温度。 电流越大，温度上升越快。

2）熔体达到熔化温度后便融化蒸发为金属蒸汽。 电流越大，熔化时间越短。

3）熔体熔化的瞬间使电路出现一个小的绝缘间隙，电流突然中断。 但这个小的间隙会立即被电路电压所击穿，同时产生电弧，电弧又将电路接通。

4）电弧发生后，如能量减小，则随熔断间隙的扩大而自行熄灭，但能量较大时就必须依靠熔断器的熄弧措施。 为了减少熄弧时间和提高分断能力，大容量的熔断器都具备完善的灭弧措施。 熄弧能力越大，电弧熄灭越快，熔断器所能分断的短路电流就越大。

6、低压熔断器的安装

1）安装熔体时必须保证接触良好，并应经常检查。 如果接触不良使接触部位的过热传至熔体，熔体温升过高就会造成误动作。 有时因接触不良产生火花会干扰弱电装置。

2）熔断器及熔体均必须安装可靠，否则会出现一相断路，使电动机单相运行而烧毁。

3）拆换熔断器时，要检查新熔体的规格和形状是否与更换的熔体一致。

4）安装熔体时，不能有机械损伤，否则相当于截面变小、电阻增加，保护特性变坏。

7、常用的低压熔断器

1）无填料熔断器

（1）插入式熔断器

①RCIA系列瓷插式熔断器俗称瓷插保险，由瓷盖、瓷底座、动触头、静触头和熔体组成。 电源和负载接在瓷底座两端的静触头上，熔丝接在瓷盖两端的动触头上，便于更换熔丝。 瓷座中间有一空腔与瓷盖突出部分构成灭弧室，灭弧室内填有用于熄灭电弧的编织石棉。

②瓷插式熔断器应垂直安装，更换熔丝时不得任意加大熔丝截面，不得用多根熔丝并联代替一根较大的熔丝。 RCIA主要用于一般照明和小容量电动机的电源线路中。

（2）封闭管式熔断器

①常用的有RM1、RM7、 RM10系列产品，下图左面是15A和60A的熔断器外形，右面是100A以上的熔断器外形。

②下图所示为100A及以上熔断器的结构，它由熔断管和夹座两大部分组成，其中熔断管由钢纸管、黄铜套管、黄铜帽、熔体和插刀组成。 熔体用冲成宽窄不均匀截面的锌片组成，当短路电流通过时，两个狭窄处首先同时熔断，形成很大间隙以熄灭电弧，由于熔体装在钢纸管中，故熔断时无熔化的金属颗粒及高温气体喷出，保证操作人员的安全。

③封闭管式熔断器主要用于交流电压380V以下，直流电压440V以下的系统内。 熔体的熔断电流一般为额定电流的1.32倍，超过1.62倍应能可靠熔断。

2）有填料熔断器

（1）螺旋式熔断器

①RL1系列螺旋式熔断器，俗称螺旋保险器。

熔芯内装有丝状或片状熔体、石英砂填料和熔断指示器，熔断指示器上有色点，当熔体熔断时，指示器跳出，可通过瓷帽的玻璃管口进行观察。 熔断管内石英砂用于熄灭电弧，当产生电弧时，电弧在沙粒间受到强烈冷却而熄灭，因此具有较高的分断能力，极限分断能力可达50kA。

②由于熔体具有较大的热惯性，过负荷熔断时间较长，因此也常用作电动机的保护装置。

③为了保证用电安全，应将电源接到瓷底座上的下接线端，负载接到连接金属螺纹壳的上接线端，这样在更换熔断管时，旋出瓷帽后螺纹壳不会带电。

（2）快速熔断器

①RSO、RS3、RLS系列有填料封闭管式快速熔断器主要用于硅整流元件及其成套装置中的过载保护和短路保护，其熔体在额定电流1.1倍时保证4h内不熔断；在熔体额定电流4倍时，熔断时间为0.05～0.3s；6倍时，熔断时间不大于0.02s。

②应当注意，快速熔断器的熔体不能用普通的熔体代替，因为普通熔体不具备快速熔断的特性，不能有效地保护半导体元件。

（3）封闭管式熔断器

①RTO熔断器的熔体是两片变截面的网状紫铜片，中间用锡焊成。 熔体周围填满石英砂，能在熔体熔断时迅速灭弧。 熔断指示器有与熔体并联的康铜丝，熔体熔断后立即熔断，弹出红色指示件，表示熔体已熔断。

②RTO系列熔断器的极限分断能力大，广泛适用于具有大短路电流的电网或配电装置。

3）自复式熔断器

（1）熔断器熔体熔断后无需更换，在短路电流由电源侧自动开关分断后，熔体能自动恢复原状，可以继续使用的熔断器称为自恢复式熔断器，简称自复式熔断器。

（2）自复式熔断器本身不能分断电路，常与自动开关串联使用，接线原理如下图所示：

自复式熔断器使用金属钠做熔体，内部有一装满金属钠的绝缘细管，正常运行时钠的电阻率很小，可以顺畅地通过正常负荷电流。 但在短路时，短路电流使金属钠急剧发热而气化，形成高温高压高电阻的等离子状态，限制短路电流增加。 与此同时，金属钠气化产生的高压，通过一个活塞压缩熔断器里装有氩气的一个腔体。 故障电流一部分从自复式熔断器通过，以符号Iz表示，另一部分从并联电阻R流过。 故障电流使自动开关跳闸将电路分断，电流消失。 故障电流被切除后，金属钠的温度下降，压力也随之下降，活塞在氩气压力的作用下回到原来位置，并压缩汽化的金属钠恢复到原来导电的金属钠，熔断器可以继续使用。

（3）自复式熔断器与低压断路器串联使用时，故障电流实际上是由低压断路器分断的，自复式熔断器所起的作用是阻止故障电流的数值。 低压熔断器分断的电流，实际上是已被自复式熔断器限制了的电流，这样就减轻了低压熔断器的断流容量，改善了低压熔断器的灭弧能力，可以在短路容量较大的电路中使用断流能力较小的低压断路器。 上图中的并联电阻R有两个作用：一是维持低压断路器跳闸线圈所需要的动作电流，二是在金属钠气化时，熔断器可能产生过电压，电阻可以吸收由此产生的能量，保证低压断路器的分闸顺利进行。 电阻R的数值应适当，过大可能使流过低压断路器的电流过小，降低低压断路器跳闸的可靠性，过小则限流作用不明显。

五、高压熔断器

高压熔断器是人为在电网中设置的最薄弱的发热元件，当过负荷或短路电流流过该熔体时，利用熔体本身产生的热量使其自行熔断，从而使电路断开，达到保护电网和电气设备的目的。

1、高压熔断器的型号及含义

2、熔体结构特点及熔管内石英砂的作用

1)熔体结构特点

对用于高电压、大电流电路的高压熔断器，要求其具有较大的分断故障电流的能力。 用铅锡合金或锌熔体(丝)往往不能可靠地断开电弧，因此要求用铜或银质熔体。 由于铜和银的电阻率小，热传导率较大，所用熔体截面积较小，熔断时产生的金属蒸汽也少，易于灭弧。 铜和银熔体的缺点是熔点高(分别可达1080℃和960℃)，在长期工作时，可能达到较高的工作温度，易使熔断器损坏。 同时，要使其快速熔断必须流过较大的电流，否则会延长熔断时间，这样就对被保护设备很不利。 为消除这一缺点，在铜或银制成的熔丝上，常焊以锡或铅的小球，用以降低熔体的熔化温度。 这个结构特点使熔断器性能更为完善。

2)熔管内充填石英砂的作用

高压熔断器管内充填石英砂后，当过载电流或短路电流使熔体熔化时，其金属蒸汽及燃弧后的游离气体受到高温高压的作用而喷射入石英砂之间的空隙，与石英砂表面接触即受到冷却凝结，使熔体蒸发后所留于管内狭缝中的游离气体与金属蒸汽迅速减少，从而当电流自然过零时，电弧易于熄灭。

3、高压熔断器结构原理

高压熔断器分为限流式和跌落式两种，一般由熔管、熔体、灭弧填充物、动、静触头、绝缘支持物及指示器等组成。 熔断器的动作具有反时限特性，当通过熔体的短路电流越大，熔体的熔断时间越短。

1）限流式熔断器的工作原理

为了提高灭弧性能，限流式(RN型) 熔断器的熔管内装有石英砂充填物，有利于快速灭弧，提高了断路容量。 熔体是利用熔点较低的金属材料制成的金属丝或金属片，串联在被保护电路中，当电路或电路中的设备过载或发生故障时，熔丝熔断产生电弧，由于石英砂对熔断的强烈冷却和去游离作用，使电弧在电流过零前迅速熄灭，并产生截流过电压，为了有效熄弧，熔丝常用多根并联，各熔丝之间及管壁间保持一定距离，以增加与石英砂的接触面， 增强冷却效果的同时避免电弧烧坏熔管和短接弧道。

2）跌落式熔断器的工作原理

跌落式熔断器熔管外层为酚醛纸管或环氧玻璃布管，内层采用钢纸管或虫胶桑皮纸管等固定产气材料，熔丝材料为铜、银或银铜合金。 安装时使熔管轴线与垂线的夹角成30°，当过载或短路电流将熔断丝熔断后，活动关节释放，上动触头在弹簧作用下从鸭嘴罩滑脱，熔管靠自动翻转跌落，同时熔管内壁在电弧作用下产生大量气体，管内压力升高，气体高速向外喷出，纵向吹弧在电流过零时将电弧熄灭，跌落式熔断器的灭弧速度不高，因此无限流作用。

4、高压限流熔断器的主要参数和特性

1）额定电压

是指高压限流熔断器分断后长期承受的电压，一般等于或大于设备或线路的额定电压。

2）额定电流

分为熔断器和熔体的额定电流，是指长期通过的电流。 一般为设备额定电流的1.5~3倍。

3）额定开断能力

是指在故障条件下可靠地开断过载或短路电流的能力。 一般用开断电流或开断容量表示。

4）绝缘水平

一般用工频耐压和雷电冲击耐压来表示。

5）安秒特性

是指高压限流熔断器动作时间与通过熔断器电流的关系，由制造厂提供。

5、常用的高压熔断器

1）RN型户内高压限流熔断器

常用的户内高压熔断器，以RN1系列和RN2系列产品为例，均为充填石英砂封闭管式熔断器。

（1） RN1系列熔断器

RN1系列熔断器主要由熔管、熔体、黄铜端盖、石英砂等组成。 熔体是由铜、银或康铜制成的1根或几根并联的细丝。 额定电流小于7. 5A的熔体，根据额定电流的不同，由1根或几根镀银铜丝绕在瓷芯上制成，并在熔体中间焊有小锡球； 额定电流大于7. 5A的熔体，由两种不同直径的铜丝制成螺旋形，连接处焊有小锡球。 在熔管内装有钢指示熔体，其下端与指示器连接，当熔体熔断后，指示器被弹簧推出。 它适合于3～35kV电力线路和电力变压器的过负荷和短路保护。

（2） RN2系列熔断器

RN2系列熔断器的结构与RN1系列熔断器的结构基本相同，但RN2系列熔丝只有一根，也没有熔断指示器。 它适合于3～35kV电压互感器的短路保护，运行时是根据电压互感器副边电压表的指示来判断熔体是否熔断。

2）RW型户外高压跌落式熔断器

常用的户外高压熔断器，以RW4-10型和RW9-35型产品为例，均为充填石英砂封闭管式熔断器。

（1） RW4-10型户外跌落式高压熔断器

正常运行时串联在线路中，熔管下部动触头借助熔丝张力拉紧后，推入上静触头内，锁紧成闭合位置。 当线路发生故障时，故障电流使熔丝迅速熔断，形成电弧。 消弧管因电弧的高温分解出大量气体，使管内形成很大的压力，并沿着管道形成强烈的纵向吹弧，使电弧迅速拉长而熄灭。 熔丝熔断后，熔管下部触头失去张力而下翻，使锁紧机构释放，熔管在其自重和触头弹力作用下翻转跌落，造成明显的断开间隙。 这种跌落式高压熔断器采用“逐级排气”的结构，为防止进水，正常运行时上端是封闭的。 当分断小故障电流时，由于上端封闭形成了单端排气，使管内保持较大的压力吹灭小故障电流产生的电弧。 当分断大的故障电流时，由于产生的气压大，使上端冲开两端排气，既有效地吹灭了大小电弧，又有效地防止了熔管受到较大的机械压力而损坏。

（2） RW9-35型户外限流式熔断器

RW9-35型户外限流式熔断器，由熔管、瓷套、接线端帽、紧固法兰、棒形支持绝缘子等部分组成。 熔管装在瓷套中，熔体装在填充石英砂填料的熔管中。 它具有体积小、重量轻、灭弧性能好、断流能量大、限流能力强、维护方便、熔体可更换等优点，可提高电力系统的运行可靠性。