低压熔断器的现状及展望

**

毕业设计报告低压熔断器现状及展望

学生姓名：

学号：

指导老师：

专业班级：

完成时间：

低压熔断器的现状及展望

摘要：本文主要对当前的低压熔断器的原理和熔断器的各研究方面进行了介绍和总结，并对熔断器的发展趋势作出了展望。

关键词：熔断器熔体电弧

目录

1 熔体的材料成分 (1)

2 熔断器的温升 (1)

3 弧前特性 (2)

4电流断开和燃弧现象 (2)

5 保护特性、可靠性和老化现象 (3)

6 未来熔断器的发展趋势 (4)

6.1 性能会越来更高 (4)

6.2 向智能化和小型化方向发展 (4)

6.3 朝着更环保的方向发展 (4)

6.4 安全性能会得到进一步提高 (4)

致谢 (4)

参考文献 (5)

前言

熔断器作为一种传统的电路保护设备，在世界上被各国大量地生产和使用，它们承担着保护导线和电器设备的重要任务，减少了事故的发生，从而确保了对用户供电的安全。

当前世界各国生产厂家和各研究单位都在不断努力改进熔断器的产品性能，尤其是提高熔断器的分断能力。随着当今电子技术和计算机科技的飞速发展，促使电力系统的各项保护设备向自动化、智能化和小型化方向迈进，以满足我国达到国际先进水平成为世界电力需求大国的需求。

对于熔断器，有很多研究课题，例如，熔体的材料成分、温升、弧前特性、电流断开以及断开过程的燃弧现象、老化现象及可靠性、熔断器的发展方向等等。下面就以上这些研究的现状进行介绍和展望。

1 熔体的材料成分

常用的低熔点材料（铅锡合金、锌）在临界电流时的发热对熔断器各部分影响不大，不致超过规定值。但它的电阻率较大，在一定电阻时，需要较大的截面积，体积增大，熔断时会产生大量金属蒸气，不利于灭弧，其分断能力也受到限制，通常只适宜做小电流熔断器。

高熔点材料（银、铜、铝）通常用于有填料（石英砂）的熔断器，而且用纯铜或纯银制造，其纯度要求高于99.99％。因为在一定电阻时，所需截面积较小，在熔化时金属蒸气较少，有利于灭弧。由于其电阻率较低，制成熔体后与相同尺寸的其他低熔点熔体材料相比，额定电流大、功耗低，容易满足高分断电流能力的要求。其缺点是熔点高，在过电流分断时的温度甚高，可能使整个熔断器达到不能承受的程度。这样就会对小过载失去保护。

20世纪50年代以后，人们利用冶金效应来降低熔体的熔化温度。70年代开始也有选用纯铝作为熔体。通常管式熔断器的熔体多数采用锌片，也有采用铜片或黄铜片。家用熔断器的熔体绝大多数采用铅锡合金丝，成分为铅70％和锡30％。额定电流较大时，也有选用铜丝的。指示熔断器是与主熔断器并联，当主熔断器熔断时能显示熔断的一种信号熔断器。希望它在正常工作时几乎没有电流流过或仅几毫安电流流过，因此常采用机械强度较高的细康铜丝作为熔体，它是铜60％和镍40％组成的合金丝。

在限流熔断体中，高分断能力熔断器的熔体通常采用铜，也有采用银。当额定电流较小时，熔体常做成丝状；当额定电流较大时，则做成变截面状。由于铜和银均为高熔点金属材料，为保证在过载电流下能可靠地分断电流，常在熔体一定间隔处，焊上低熔点金属，如锡或镉合金等，这样就设置成了软锡焊点。它可以缩短熔断器在过载电流时的熔化时间，当熔断器发生过载电流现象时，就会在熔体的软锡焊点处发生扩散过程，软锡焊点处的锡会渗透到纯银熔体材料中去，这种现象称为冶金效应。它可以使这部分电阻不断增大，最终导致软锡焊点处加速熔化，从而断开电路。利用软锡焊点可以显著降低纯金属的熔化温度，例如，纯银的熔点为960℃，铜的熔点为1080℃，而加入软锡后，软锡焊点处的熔点可以降低到220℃左右。这样，就使过载电流的熔化时间缩短到几秒钟。在软锡中再加入其它少量不同的金属后，还可以不同程度地降低熔体熔化温度。当前各生产厂家都有自己的生产配方。冶金效应也有缺点，它会使熔断体容易老化，使熔断体的时间——电流特性曲线不稳定，国外已经有很多熔断器生产厂家在采取其它措施来改善过载电流的性能。随着熔断器技术的不断进步，对熔体材料的研究还会不断地深入。

2 熔断器的温升

熔断器在稳定运行时的温升是其性能指标的重要参数之一，特别是大容量的熔断器。为了降低熔断器运行时的温升，改善其性能，研究者采取了很多有效的措施，例如采取冶金效应点，冶金效应首先是可以降低熔断器的温升，其次是改善熔断器低过载故障电流的开断性

能。还可以采取强迫冷却的措施，即在熔断器两端加散热片，或采用水冷管对熔断器进行冷却，或者采用金属作为外壳来改善其稳定运行时的外壳散热条件等等。

在稳定的运行条件下，熔断器的各处部件的热作用对温升均有影响，从理论上精确计算熔断器的稳定温升还比较困难，研究者通过对熔断器的各部分（外壳、触头、盖端）的热作用等采取热阻、热容效应进行等效，这样就建立起一个容易分析和计算的模型。近几年来还可以利用红外线测试仪来测量熔断器在稳定时各部分的温度分布，这样就能较为精确地计算出熔断器的稳定温升了。对熔断器的温升的研究，直接影响着其产品设计，对于额定电流较大的熔断器，其稳定温升仍然是需要解决的重要问题之一。

3 弧前特性

熔断器的熔体形状比较简单，通常都是圆形丝状或带状，对与弧前特性分析通常是以绝⎰为常数来进行计算。现在的熔体大部分采用各种形状截面的带状热假设为基础，利用2i dt

熔体。英国A.Wright用计算机的熔断器的弧前现象进行了分析。他认为：对于一般的短路的情况，热量只在熔体间发生传导，应采用有限差分方法来计算其热过程，不应考虑石英砂及端子的传热；对于短路电流较大的情况，由于时间极为短暂，可以认为热量不向外传导扩

⎰为常数来进行分析；在最小熔化电流或稳定工作电流时，就散，以绝热为基础，利用2i dt

应该考虑熔断器各部分的传热；如果熔断器通过小的过载故障电流时，就必须考虑到石英砂的传热。这样在各种电流下的热分析与实际情况较为接近，计算结果也较为准确。一些其它的研究者也发表过有关此类的文章。在对不同形式的熔断器的弧前现象研究中，通过在真空和在空气中的细丝状熔体熔断器的热耗散的测量，可以得出下列结论：真空熔断器的总功耗比在空气中的无填料熔断器的要小很多。对于周期性的负载，熔体散热和电流周期分布的均匀性对熔断器的承受周期性负载的稳定性有很大裨益。熔管中填入石英砂后，也能提高其周期性负载的稳定性。有关熔断器弧前特性现象的研究工作，在理论计算和试验研究各方面，都取得了很大的成果。借助于计算机技术的发展和广泛应用，对于弧前特性现象的研究正向着更精确的计算和模拟方法的方向发展。

4电流断开和燃弧现象

熔断器的电流断开和电弧现象直接关系到电路中的设备的安全和工作人员的人身安全。熔断器研究者在这方面的研究也是最多的。熔体的结构、宽度和厚度、并联数目等都对电流断开性能的影响比较显著。减小熔体的厚度，可以提高其电流断开的性能。对于电流等级相同的熔断器，采用多个细薄的熔体并联，其效果比采用单个厚度较大的熔体要好得多。多个细薄的熔体并联，增大了其散热面积，而且在燃弧期间2I t值会明显地减小，燃弧过程中的金属蒸汽的扩散面积也增大了，还有利于介质恢复强度的提高。

熔断器在开断电流和燃弧现象时产生的压力，也有很多学者进行研究。熔体在断开大电流时产生的压力有两种：首先是熔体熔化并汽化时所产生的压力，叫做爆炸压力；另外是电弧能量增加而使压力进一步增大，叫做燃弧压力。而且两种压力都可能引起外壳的炸裂。目前这方面的研究还在进行中，相信会对产生的压力机理的分析计算、压力波的传播过程等等都建立数学模型并给出理论解释。

对各种不同材料的填料，或混合不同组成成分的填料进行试验研究，对其燃弧过程中的相关参数如燃弧时间、燃弧2I t值等进行比较分析，认为石英砂作为填料还是最理想的。而