快速熔断器的选择与应用

整流和转换是氯碱工业的重要环节，在半导体电源整流和转换保护中快速熔断器的配置至关重要. 设备最终确定后，快速熔断器的选择将直接影响直流电源的质量和质量. 整流和转换参数，例如功率效率.

功率半导体器件的热容量很小，在故障情况下必须通过快速熔断器进行保护. 快速熔断器具有与半导体器件类似的热特性，是一种很好的保护器件. 本文指的是一种闭合的快速填充保险丝，它在运行时没有外部现象.

半导体功率整流器保护中的快速熔断器配置通常分为两类.

1.1换流器臂内部并联支路配置的保护类型

此类型主要用于保护大功率和超大功率整流器. 当换流器臂中的分支设备由于某种原因而损坏时（每个分支都是基于设备的功率，通常几对快速熔断器和半导体整流器元件串联串联. 整流器和半导体整流器元件），导致在串联的快速熔断器的保护中，通常只有一个设备发生故障，并且不影响整个整流器的正常运行. 目前，唐山三友集团冀东化工的半导体功率整流器保护配置属于变流器臂内并联支路配置的保护类型，运行效果非常好，如图1所示.

1.2分相配置的全面保护

此类型主要用于中小型功率整流器的保护. 当变流器臂中的设备由于某种原因损坏时，整流器的保护将自动切断电源，并在切断该阶段的快速熔断器保护后，停止向整流器供电. 如图所示.

也称为电压电流法. 电源转换器变压器的电源电压应低于快速熔断器的额定电压. 已经通过功率半导体器件和快速熔断器的串联短路实验进行了验证，并且通过将半导体额定电流乘以一个系数来选择快速熔断器的额定电流. 由于快速熔断器的额定电流是一个有效值，而半导体器件的额定电流是一个平均值，因此对于第一类配置方案（图1），第一代产品RS0，RS3系列（中国快速熔断器的发展可以分为四个阶段，第一代是国家设计的RS0和RS3系列，参数为480A快速熔断器，750V以下，分断能力为50kA，是的主要产品，价格低廉，电气寿命短. 仍然有相当大的安装容量），可以根据整流管1.4，晶体管1.2，快速晶体管为1来选择系数，例如带有1400A快速熔断器的ZP1000. 对于上述第二种配置方案（图2），可以根据阀电流Iv和转换装置的负载特性选择快速熔断器快速熔断器，然后可以根据需要选择具有足够分断能力的快速熔断器. 整流器可能产生的最大故障电流. ，例如50kA或100kA，其中50kA是合格产品，100kA是一流产品.

3.1电流通过能力

快速熔断器的额定电流表示为有效值，正常的正常通过电流通常为标称额定电流的30％至70％. 使用快速熔断器时，一端被半导体器件加热，另一端被水冷母线冷却，或者两侧被水冷母线冷却. 或采用强制风冷来控制温度升高以保持电流通过能力.

整流器中快速熔断器连接器的连接状况直接影响温度升高以及快速熔断器的可靠运行. 因此，接触面必须保持平坦和清洁. 如果要氧化未电镀母线的接触表面，则在安装过程中应提供规定的按压力. 最好使接触表面弹性变形. 并行快速熔断器要求对接触表面的压降进行逐一检测.

3.2快速熔断器的温度升高和功耗

快速熔断器的功耗W =ΔUIw； ΔU= f（Iw）其中: Iw ---工作电流； ΔU---快速熔断器的压降.

快速熔断器的功耗与其耐寒性有很大关系. 选择耐寒性小的快速熔断器有助于降低温度升高，因为电流通过能力主要受温度升高的限制. 如上所述，快速熔断器的连接器处的连接条件也影响快速熔断器的温度升高. 要求快速熔断器的连接器处的温度升高不应影响其相邻设备的工作. 实验证明，当温度上升到80℃以下时，快速熔断器的温度上升可以长期运行，而当温度上升到100℃时，制造工艺稳定的产品仍可以长时间工作. 120℃的温升是电流通过能力的临界点. 如果温度上升到140 At℃，快速熔断器将无法长时间运行.

目前，化学工业通常使用水冷母线和风冷方法来减少快速熔断器的温度升高. 水冷母线对低压快速熔断器（例如400-600V）特别有效. 快速熔断器端子的连接端子与水冷母线之间的温差通常为1.0〜2.0℃. 许多大功率快速熔断器是根据水冷条件设计的，因此用户在使用前应咨询制造商. 空气冷却也是减少温度升高的有效方法. 根据风速通过容量曲线，确定风速对快速熔断器温升的影响. 当风速约为5m / s时，通常可以使流量增加25％. 不会有明显的效果.

根据制造商提供的快速熔断器的压降曲线和额定电流下的功耗，测量快速熔断器两端之间的压降可以快速计算出分支的实际电流.

此外，在相同的流量条件下，温度升高还与快速保险丝是单保险丝还是双保险丝有关. 在先进工业国家制造的大多数大功率整流器使用一对快速熔断器，并与半导体器件串联连接，例如700A×2、1400A×2和2500A×2. 双并联快速熔断器端子可以使结构尽可能薄以减小电阻. 一种是用螺栓和连接板将双重连接的快速熔断器连接起来，另一种是将连接板（端子）和两个熔体（端子）焊接到一个主体中的结构. 这种类型的结构更为先进. 具有较高电压的较快熔断器具有较高的内部电阻，尤其是对于800V以上的产品. 由于外壳瓷套一定的长度和较大的表面积，熔体产生的热量通过填充物和壳体传导，从而产生热量，因此高压很快. 保险丝的空冷效果更加明显.

3.3分断能力的选择

快速熔断器的外壳强度在很大程度上决定了最大故障电流的分断能力. 其次，快速熔断器内部金属熔断器的形状，填料吸收金属蒸气和热量的能力以及熔断器链节的电功率都会影响分断能力. 设计整流器时，应计算“整流变压器”的相间短路电流，并应根据该电流选择具有足够分断能力的快速熔断器. 具有不足分断能力的快速保险丝将继续燃烧直到爆炸. 在严重的情况下，它将导致交流或直流短路. 因此，额定分断能力是一个安全指标.

此外，产品制造的分散性也是影响断裂能力的因素之一.

易于忽略的问题是短路故障期间线路的功率因数，因为快速保险丝断开时产生的电弧能量的大小与电路电感的大小有很大关系. 对分断能力有特别高的要求.

快速保险丝断开时的能量Wo = Wa + Wr + W1其中: Wa ---电弧能量； Wr ---电阻消耗能量； W1 ---线电感释放能量.

当分断能力满足“整流器”的要求时，还应注意，分断时的电弧电压的峰值（在标准中称为“瞬态恢复电压”）不能太高. 低于半导体器件可以承受的最大值，否则会损坏半导体器件. 因此，断开时间最短的保险丝可能不是最合适的.

在直流电路中使用快速熔断器时，由于在直流断开过程中没有电压的过零点，因此这是快速熔断器可靠断开的苛刻条件，因此通常，快速熔断器保险丝用于直流电路中，只能使用快速保险丝额定电压的60％. 最好使用直流快速熔断器.

3.4 I2t选择

保险丝的熔断时间t与熔断电流I的大小有关，其定律与电流的平方成反比. 图3显示了t∞1/ I2之间的关系，这被称为保险丝的第二安培特性曲线.

因为各种电气设备（包括电网）具有一定的过载能力，所以在轻载时可以允许长时间运行，而在超过一定过载倍数时，则需要使用保险丝在一定时间内融合. 在选择保险丝以防止过载和短路时，有必要了解电气设备的过载特性，以使该特性正确地处于保险丝的秒熔断特性的保护范围内.

熔断电流Io的熔断时间在理论上是无限的，这称为最小熔断电流或临界电流，即流过熔体的电流小于临界值且不会熔断. 因此，熔体的额定电流Ie应小于Io；通常，Io与Ie之比为1.5至2.0，这称为熔化系数. 该系数反映了保险丝过载时的不同保护特性. 如果保险丝可以保护较小的过载电流，则熔断系数应较低；为了避免电动机开始熔化熔体时出现短时过电流，熔化系数应更高.

快速熔断器的电流通过能力满足系统短路电流的要求后，当发生短路故障时可以隔离故障电流，但有必要分析熔断器的I2t值二是保护串联连接的半导体器件. 只有当快速熔断器的I2t值小于半导体器件的I2t值时，半导体器件才能起到保护作用. 在短路故障期间，I2t值分为两个阶段，即电弧前I2t和熔断I2t. 熔融金属从固态转变为液态的时间是电弧前的时间，大约为1.0到2.0毫秒，这可以认为是绝热过程. 快速熔断器在此期间生成的当前时间积分可以视为某个值，该值由设计确定. 电弧前的I2t值对于不同的材料是不同的，并且对于每种材料都是恒定的. 当熔融金属变成蒸气时，电弧开始点燃，并且在电弧放电过程中电流从电流限制值减小到零. 此阶段的I2t是保险丝I2t，它是一个变量. 这个过程主要依靠填料的腐蚀来吸收能量.

在设计快速熔断器时，为了满足不断增长的半导体器件的额定电流，必须采取许多措施，并且不能使用算术方法来简单地选择快速熔断器. 实验表明，当额定电流增加1倍时，快速熔断器的I2t值是原始值的四倍，并且半导体器件I2t值的增加要小得多. 降低快速熔断器的I2t值较为困难，仅在合理的熔断器分布，缩短熔体长度，减少电弧栅，提高灭弧能力等多方面采取措施. 材料. I2t值是所选快速熔断器的重要指标之一.

3.5绝缘电阻

经验证明，快速保险丝断裂后的绝缘电阻指标非常重要. 在1990年代，钾盐和钠盐被添加到大量产品中. 钠盐可以提高电弧栅的破坏能力. 但是，制造不当的速熔保险丝的绝缘电阻大多低于0.3MΩ，甚至有漏电现象. 在特殊情况下，故障被切断后的一段时间后将重新点燃，这将导致更大的故障. 断裂后，优质的快速熔断器（添加钾盐和钠盐）应形成大于0.5MΩ的绝缘电阻. 快速熔断器在断开10分钟后可获得的绝缘电阻大于1〜30MΩ，这被认为是良好的可靠性.

此外，应考虑快速熔断器的寿命和可靠性；断裂后的绝缘电阻指数（>0.5MΩ）；瞬态恢复电压尽可能低；不使用具有隐形缺陷的产品.

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