淺談熔斷器的保護與應用

摘要：在送電線路、發電廠及施工用電的供電回路中，采用熔斷器作為相間短路和過載保護裝置已相當普遍，雖然它的靈敏度、選擇性不高，但由于其結構簡單、價格低廉、安裝施工方便、動作可靠等優點而得到廣泛應用。

關鍵詞：繼電保護；熔斷器；相部短路；過載保護

中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）25-0044-03

1 概述

熔斷器是以熔體熔斷、切斷電源來達到保護的目的，熔體的材料可分為高熔點（銀、銅）和低熔點（鋁、錫、鉛、鋅）等兩大類。熔體的尺寸、形狀是根據熔斷器的額定電流、額定電壓和使用場合而設計的，一般額定電流為10A及以下的熔體多采用絲狀結構，大于10A的多采用變截面的熔片結構。

2 熔斷器選擇

2.1 電網配電裝置采用一般工業用熔斷器的選用原則

應根據電網電壓選用相應電壓等級的熔斷器；按配電系統中可能出現的最大短路電流選擇相應分斷能力的熔斷器；高壓熔斷器熔體的額定電流應按保護熔斷特性選擇。應滿足保護的可靠性、選擇性和靈敏度的要求，應保證前后兩級熔斷器之間、熔斷器與電源側繼電保護之間、熔斷器與負荷側繼電保護之間動作的選擇性，在此前提下當本段保護范圍內發生短路時，應能在最短的時間內切斷故障。

2.2 熔斷器作為電動機短路保護的選擇

異步電動機的電氣故障主要是定子繞組的相間短路問題，其次是單向接地短路和一相繞組的匝間短路，除此之外還可能出現繞組溫度過高和機械故障等。定子繞組的相間短路對電動機來說是最嚴重的故障，它不僅引起繞組絕緣損壞、鐵芯燒毀，甚至會使供電電壓顯著降低，破壞其他設備的正常工作。一相繞組匝間短路將破壞電動機的對稱運行，并使相電流增大，最嚴重的情況是電動機的一相繞組全部短接，可能引起電動機的嚴重損壞。

電動機的不正常運行狀態的過負荷主要原因有機械過負荷、一相熔斷器熔斷造成的兩相運行引起的過負荷、交流電壓和周波降低引起轉速下降造成的過負荷、電動機啟動時間過長等。較長時間的過負荷直接結果將使電動機溫度升高，超過允許值，加速繞組絕緣老化、降低壽命，甚至將電動機燒壞。所以電動機裝設熔斷器，防止短路故障外，還應考慮一相熔斷器熔絲熔斷引起的兩相運行問題，因此在裝設熔斷器時三相一定要保持一致，以防止一相熔絲提前熔斷而燒電機。另外還應裝設熱繼電器，以保護電動機過負荷。

熔斷器保護電動機應根據下列幾個條件選擇：

2.2.1 電動機自啟動過程中熔體不應熔斷。根據試驗，小容量的熔絲通過2.5倍的額定電流8s時不會熔斷，通過2倍額定電流30～40s不會熔斷，而一般電動機自啟動時間為2～40s，因此熔斷器容量可根據下式選擇：對一般正常啟動的電動機，熔絲的額定電流Ie可按電動機自啟動電流Izg的1/2.5倍，即Ie=Izg/2.5；對啟動頻繁或嚴重條件下啟動的電動機，熔斷絲的Ie可按Ie=Izg/1.6～2。

2.2.2 正常負荷電流熔斷器不應熔斷。熔斷絲的額定電流Ie可按回路中正常額定電流的2～2.5倍，即Ie=（2～2.5）Ie回路。

2.2.3 電動機或引出線相間短路時，熔斷器應于接觸器動作前熔斷。由于出現短路時，接觸器端電壓下降，接觸器返回（釋放），返回時間為0.04～0.06s，為了使接觸器不致因斷開短路電流而燒壞，熔斷器必須于接觸器動作前熔斷，為了可靠起見，熔斷器熔斷時間應小于0.02～0.03s，從熔斷器的保護特性曲線得知，當通過熔斷器的短路電流為熔絲的額定電流20～25倍時，熔斷器熔斷時間可達到0.02～0.03s，因此熔斷器的額定電流Ie可選擇為電動機入口處最大可能的短路電流ID的1/20～25倍（計算短路電流ID時，須計及母線至電動機的電纜電阻）。

2.3 選用上、下級熔斷器

為了滿足選擇的要求，上、下級熔斷器應根據其保護特性曲線的數據及實際誤差來選用。如兩熔

斷時間的匹配裕度以10%來考慮，則應滿足下列條件：

t1≥（1.05+＆%/0.95－＆%）t2

式中：

＆%——熔斷器熔斷時間誤差

t1——對應故障的電流值，從特性曲線查得上一級熔斷器的熔斷時間

t2——對應故障的電流值，從特性曲線查得下一級熔斷器的熔斷時間

熔斷器與熔斷器之間的配合，一般按上、下級熔件正負誤差疊加并計及10%配合裕度計算配合級差負荷熔斷器額定電流等級：6、10、16、20、25、32、36、40、50、63、80、100、125、160、200（A）等。

例如：RM10熔斷器，線路干線較支線大2級。

干線熔體額定電流32A，支線熔體Ie為20A。

干線熔體額定電流40A，支線熔體Ie為32A。

干線熔體額定電流100A，支線熔體Ie為63A。

2.4 熔斷器作為變壓器的短路保護應考慮的因素

滿足變壓器最大允許通過的負荷電流；滿足變壓器帶電時的勵磁涌流；能躲過保護范圍以外的短路電流及電動機自啟動時引起的沖擊電流。

綜合以上幾個因素，可按Ie=KIbg公式選取熔體的額定電流。

式中：

K——系數，不考慮電動機自啟動時取1.1～1.3倍，考慮電動機自啟動時可取1.5～2.0倍

Ibg——電力變壓器回路最大工作電流

2.5 熔斷器保護半導體器件的選擇

保護小容量變流裝置：

Ier=1.57Itn

式中：

Ier——保護半導體器件熔斷器的額定電流有效值（A）

Itn——晶閘管的額定電流平均值（A）

保護大容量變流裝置：在大容量變流裝置中，橋臂的并聯支路數根據系統短路電流的大小來確定。每一支路由硅元件與熔斷器組成，為保證發生內部故障時裝置仍能繼續供電，與故障元件串聯的熔斷器必須熔斷，因此故障元件熔斷器的熔斷I2t值應小于串聯在橋臂上的全部熔斷器熔斷I2t值。

為保護其他臂元件不損壞，應滿足：

m≥

式中：

m——并聯支路數

K——動態均流系數（一般取0.5～0.6）

Ard——熔斷器最大熔斷∫i2dt

Ak——硅元件浪涌∫i2dt值

2.6 電焊變壓器熔體的選擇

單臺電焊變壓器熔斷器熔體選擇：

Ie=KAKFIR

式中：

KA——安全系數，取1.1

KF——負荷尖峰系數，取1.1

IR——計算工作電流（A）

Ie——熔體額定電流（A）

多臺電焊變壓器熔斷器熔體選擇：

Ie=If/2

式中：

If——回路尖峰電流（A）

Ie——熔體額定電流（A）

2.7 起重機熔斷器熔體選擇

Ie=If/1.6

式中：

If——回路尖峰電流（A）

Ie——熔體額定電流（A）

3 熔斷器的實際應用及簡單計算方法

裝設在高壓（6kV、10kV）架空線上的跌落保險絲具是防止線路短路時的過電流。安裝在變壓器高壓側（電源側）進線端的熔斷器將代替斷路器使用，保護范圍從保險絲具安裝處至變壓器低壓側的供電回路的多相短路和過負荷。但在熔斷器熔體設置上切不可采用鐵絲，不能用鐵絲及不相匹配的粗熔絲來代替標準熔絲，否則起不到應有的保護效果，反而會造成設備損壞和事故擴大。用銀、銅制造的熔體，它的熔斷性能在常溫20℃時，熔斷電流為額定電流的1.25倍熔不斷，在2倍時14s熔斷，3倍時4s熔斷。常用的鋅熔絲，熔斷電流為1.5倍的額定電流；銅制熔絲為2倍，鉛錫合金熔絲為2.5倍。為了給從事電氣施工的工作人員提供便于記憶的簡單計算口訣，方便現場使用，口訣：“額定斷流兩概念，斷比額大倍數算，銀銅熔斷秒計算，倍數是二還是三，鋅絲倍半銅算二，鉛錫合金二倍半。”

4 結語

在施工現場，由于熔斷器不能正確地選擇和配置，電氣設備損壞、事故擴大的事件時有發生，本篇文章將對現場電氣施工人員在熔斷器的正確選擇、技術業務的提高方面起到一定的幫助，使施工現場的事故降到最低程度，達到“舉一反三”的目的。

作者簡介：馬正軍（1976-），男，陜西涇陽人，西北電力建設集團公司工程師；申亞寧（1979-），女，陜西涇陽人，西北電力建設集團公司助理工程師。

（責任編輯：文森）