熔断器切断电流的物理过程解读

熔断器切断电流的物理过程解读

发布时间:2020-05-28
  熔断器切断电流的物理过程如下:当过载和短路电流通过熔断器时,熔断器的熔体瞬时产生大量的热最,使熔体从固态转到液态直至汽化,于是电流中断。由于汽化瞬时断开的间隙还很小,电位梯度很高,使间隙击穿,产生电弧。在开启式情况下,当间隙燃烧到不足以维持电弧继续燃烧下去的长度后,电弧才被熄灭,将电路开断。(图1-3)   熔断器的熔体从固态转到液态直至汽化的过程通常叫做熔化过程,熔化过程的时间与电流的大小有关。电流愈大,熔化时间愈短。图1-3所示为熔断器熔体的熔化时间和电流的关系曲线。当电流逐渐减小到某一数值时,熔化时间就趋近于无穷大,达到这一数值的电流我们称做最小熔化电流I最小。  熔断器熔体工作在此电流条件下是属于临界电流状态,从发热的观点来看是最严重的状态,其结果会使整个熔断器发热达到很高的数值。当电流略有偏大的波动时,就会使熔休熔断。为了保证熔断器可靠地工作,设计时常需采取很多措施来降低在此状态下的发热。同时将熔断器熔体的倾定电流,即长期通过的电流,选择得等于最小熔化电流I最小的80-85外的范围。  为了降低熔断器在正常工作时的发热,有时采用熔化温度较低的金属材料作为熔体,例如用铝、锌或铅锡、铅锌这类的合金(它们的熔化温度在200-420℃的范围),但低熔点的金属材料电阻率较大,熔体就需要有较大的截面。采用大截面的熔体对灭弧不利,只适用于分断不大的短路电流(一般不大于1000安)。 (图1-4)  若采用铜或银做熔体,由于电阻率小,可以做成小截面的熔体,但它们的烙化点比较高(1080℃和960℃),对于这种熔体降低熔化点的有效措施是利用冶金效应,即在铜和银制成的熔丝上焊上低熔点的金属小珠(如用铅或锡,实脸证明采用锡比铅效果好),如图1-4所示。当铜丝(或银丝)上的溢度稍大于低熔点的金属小珠温度时,此金属小珠即熔化,使焊接小珠部分的铜丝(或银丝)也逐渐熔化,造成很多断点,并产生电弧;当电弧燃烧到一定长度不足以维持电弧继续燃烧时,电弧熄灭,电路断开。此外,尚有其他一些降低熔休熔化温度的方法,例如采取分段用锡等措施。  由于熔化时间和电流的关系曲线是用来选111被保护电器和电机设备的根据,所以又称做熔断器的保护特性曲线。采用不同截面尺寸、不同长度和不同材料做成的熔体可以得到不同的特性曲线,但这些曲线对外界环垅&度、冷却条件以及连接部分接触状态都有很大的影响,因此选用时还得考虑这些因索。(图1-6)  如图1-6所示为两种不同额定电流熔体的保护特性曲线。  图中I额定1流愈小,则熔断时间愈短。余支路上的熔断器3,4就能继续正常供电。熔断器的额定电流和熔体的额定电流是有区别的。所谓熔断器的领定电流是指熔断器本身结构包括外壳,接触零件等,根据没计要求所规定的电流。通常同一结构的矫断器中,可装不同额定电流的熔体,但所装入的熔体,其额定电流不能超过熔断器的额定电流。  前面已经指出,当熔体从掖态转变到气态时,间隙的电导立刻变为零,于是电流突然被切断。由于电流的突变在电路中就产生很高的过电压,以致使汽化的金属蒸气间隙被击穿,并产生电弧。熔断器上所产生的过电压大小与熔体的长度有关,熔体愈长,则产生的过电压愈高。为了降低过电压,必须尽见缩短熔休的长度和改变熔体的结构,务使熔体汽化后能尽快产生电弧。  熔断器有效地熄灭电弧、开断电路的方法大致有两种:一种是将熔体装在一个密封绝9管内,绝缘管由高强度材料制成,并且这种材料〔或在其内壁衬一层其他材料,如反白纸)在高温电弧下能分解出大长的气体,使管内产生很高的压力,用以压缩电呱和增高电弧的电位梯度,以达到灭弧的目的;另一种是将熔体装在一个充满绝缘砂粒填料(如石英砂)的熔断管内,在开断电路的过程中,高温的电弧和熔体的金属蒸气很快地扩散到绝缘砂粒的缝隙中,可达到熄灭电弧的作用。 (图1-7a、b;图1-8a、b)  熔断器按照开断电流的性质可以分为限流和不限流的两种:所谓限流的熔断器是指当短路电流还未达到最大值Im时,已完成汽化、击穿、间隙产生电弧和熄灭电弧的过程,并将电流2突然下降到零(图1-7a为交流电流的开断情况,b为直流电流的开断情况);所谓不限流的熔断器是指电路中的电流将从落继续上升,’如图1-8中的悄况。在直流时,当电流达到接近短路电流的稳定状态后,待电弧拉长到不足以维持时才熄灭。在交流时,短路电流将持续到第一次电流过零瞬间媳灭电弧。有时短路电流还可能继续延到经过第二或第三次,电流过零瞬间才熄灭电弧。
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