1.5 熔斷器

熔斷器是一種當電流超過規定值一定時間后，以自身產生的熱量使熔體熔化而分斷電路的電器。它是一種利用熱效應原理工作的電流保護電器，被廣泛應用在低壓配電系統和控制系統及用電設備中做短路和過電流保護。所以，熔斷器也是一種過電流保護電器。

1.熔斷器的結構和工作原理

熔斷器主要有熔體（俗稱保險絲）、安裝熔體的熔管（座）及填料等部分組成。在電器圖中的圖形符號和文字符號如圖1-42所示。熔體通常是由熔點較低、電阻率較高的材料，如鉛、鉛錫合金、鋅等制成，為絲狀、帶狀或片狀。熔管由瓷質絕緣材料或硬質纖維制成半封閉或封閉式管狀外殼，在熔體熔斷時兼有滅弧作用。填料主要是石英砂，作為滅弧介質，幫助熔體散熱，有助于提高熔斷器的限流能力和分斷能力。

通常，熔斷器串聯在被保護電路中，能在電路發生短路或嚴重過圖電流時快速自動熔斷，期間伴有燃弧和滅弧過程，隨之切斷故障電路電源，起到保護作用。在正常工作情況下，熔體在額定電流下不會熔斷。

圖1-42 熔斷器的圖形符號和文字符號

熔斷器與過載繼電器功能是不同的。熔斷器是一種簡單有效的短路保護電器，分斷電流很大，要求作用的時間短，以保護負載。熱繼電器用來對連續運行的電動機進行過載保護，以防止電動機過熱而造成絕緣破壞或燒毀電動機。過載電流不足以使熔斷器作用，所以它不能代替熱繼電器實施過載保護。而由于熱慣性，雖然短路電流很大，但也不能使熱繼電器瞬間動作。因此，熱繼電器不能代替熔斷器用作短路保護。所以，電動機主電路中既要裝熔斷器，實現短路保護，也要裝熱繼電器，實現長期的過載保護。

2.熔斷器的保護特性

熔體熔斷時間和熔體電流的關系，稱為熔斷器的保護特性，也稱為安秒特性。這一特性如圖1-43所示，I_r為最小熔斷電流或稱臨界電流，是熔斷電流與未熔斷電流的分界線對應的電流值。電路正常工作時，通過熔體的電流應小于I_r。所以，在額定電流下，熔體是不應當熔斷的。熔體的熔斷電流應大于額定電流，即I_r>I_e。

圖1-43 熔斷器的保護特性

最小熔斷電流I_r與額定電流I_e之比稱為熔斷器的融化系數K，即K=I_r/I_e。系數K較小時，對小倍數過載保護有利，但也不宜接近1。當K=1時，在額定電流工作下，熔體能夠達到穩定，由于保護特性本身誤差，熔體很可能發生熔斷現象，影響其正常工作。

熔斷器是利用熱效應原理工作的，在電流引起的發熱過程中，存在I²t特性關系，即電流通過熔斷器時產生的熱量與電流的二次方和持續的時間成正比。電流越大，熔斷時間越短。而熔斷器又具有反時限保護特性，過電流越小，熔斷時間越長。過電流越大，熔斷時間越小。所以，在一定的過電流范圍內，當電流恢復正常時，熔斷器不會熔斷還能繼續使用。

電路當中發生過電流有兩種情況，一種是短路，流過熔體的電流達到熔體額定電流的8～10倍時，熔體自身的發熱溫度開始突變上升，熔體迅速熔斷，需要瞬動保護特性；另一種是過載，流過熔體的電流達到熔體額定電流的1.3～2倍時，熔體自身的發熱溫度開始緩慢上升，熔體開始緩慢熔斷，需要反時限保護特性。

3.典型產品及主要技術參數

（1）典型產品

熔斷器產品系列、種類較多，分工業用和民用兩大類。工業用途中又可分為一般工業用熔斷器、半導體器件保護用熔斷器和特殊熔斷器（如具有兩段保護特性的快慢動作熔斷器、自復式熔斷器）。一般工業用熔斷器多采用開啟式結構，常用產品按結構形式可分為半封閉瓷插式、螺旋式、無填料密封管式和有填料密封管式，外形分別如圖1-44～圖1-47所示。國產常用產品型號有RL系列微螺旋式熔斷器、RM系列無填料密封管式熔斷器和RT系列有填密封管式熔斷器。

圖1-44 瓷插式熔斷器

1—動觸點 2—熔絲 3—瓷蓋 4—靜觸點 5—瓷體

（2）主要技術參數

熔斷器的主要技術參數有額定電壓、額定電流、極限分斷能力及熔斷電流。RL系列熔斷器的主要技術參數見表1-15。

圖1-45 螺旋式熔斷器

1—瓷帽 2—金屬螺管 3—指示器 4—熔管 5—瓷套 6—上接線端 7—下接線端 8—瓷座

圖1-46 無填料密閉管式熔斷器

1—銅圈 2—熔斷管 3—管帽 4—熔片 5—插座 6—特殊墊圈 7—熔體

圖1-47 有填料封閉管式熔斷器

1—瓷底座 2—彈簧片 3—絕緣手柄 4—管體 5—熔體

表1-15 RL系列熔斷器的主要技術參數

1）額定電壓。額定電壓指熔斷器長期工作和分斷后能夠承受的電壓。一般等于或大于電氣設備的額定電壓，否則在熔斷器熔斷時將會出現持續飛弧和被電壓擊穿而危害電路的現象。熔體的額定電壓是熔斷器允許的工作電壓等級。

2）額定電流。額定電流指熔斷器長期工作時，電器設備升溫不超過規定值時所能承受的電流。它有兩種：一種是熔管的額定電流，也稱熔斷器的額定電流，另一種是熔體的額定電流。一般情況下，熔管的額定電流等級規格少，熔體的額定電流等級較多。一種電流規格的熔管內可以有適合多種電流規格的熔體，但熔體的額定電流最大不能超過熔管的額定電流。

3）極限分斷能力。極限分斷能力指熔斷器在規定的額定電壓和功率因素（或時間常數）條件下，能可靠分斷的最大短路電流。

4）熔斷電流。熔斷電流指通過熔體并能使其融化的最小電流。

4.選型原則

熔斷器在選用時主要考慮熔斷器的類型、額定電壓、額定電流和熔體的額定電流。

（1）熔斷器類型的選擇

熔斷器的類型主要依據負載的保護特性和短路電流的大小選擇。其次還要考慮線路的要求、使用場合和安裝條件等。對于保護小容量電動機和照明用的熔斷器，一般考慮它們的過電流保護，熔體的融化系數適當小些，多采用熔體為鉛錫合金的熔絲。對于大容量的電動機和照明線路，除考慮過電流保護外，還要考慮短路保護及短路時的分斷能力。短路電流較大時，常采用高分斷能力的RL系列螺旋式熔斷器；短路電流很大時，宜采用具有限流和高分斷能力的RT系列熔斷器。

（2）額定電壓

熔斷器額定電壓的選擇一般要大于或等于所接電路的額定電壓。

（3）額定電流

熔斷器的額定電流要根據負載的性質合理選擇。

1）負載為電流比較平穩的照明或電熱設備時，一般選用熔體的額定電流等于或稍大于被保護線路計算電流。線路計算電流根據負載額定電流的大小和實際電路的情況確定。

2）負載為具有沖擊性電流的電動機時，對于單臺三相籠型異步電動機，熔體的額定電流為

I_RN=（1.5～2.5）I_N（1-7）

式中，I_RN為熔體的額定電流（A）；I_N為電動機的額定電流（A）。

輕載起動或起動時間短時，系數可近似取值為1.5；重載起動或起動時間較長時，系數可取2.5。

保護多臺電動機時，熔體的額定電流為

I_RN=（1.5～2.5）I_Nmax+∑I_N（1-8）

式中，I_Nmax為多臺電動機中電容量最大的一臺電動機的額定電流（A）；∑I_N為其余電動機的額定電流之和（A）。

當熔體的額定電流確定后，熔斷器的額定電流應大于或等于熔體的額定電流來確定熔斷器的額定電流。

（4）熔斷器級間的配合

在配電系統中，通常有多級熔斷器保護。為了防止發生越級熔斷，選用時上一級（近電源端）熔體的額定電流比下一級（遠離電源端）熔體的額定電流大1～2個等級。