快速熔斷器的特性與應(yīng)用

　　1引言

　　電力半導(dǎo)體器件熱容量小，在故障狀態(tài)下必須要有快速保護(hù)。而快速熔斷器（以下簡稱快熔）具有與半導(dǎo)體器件類似的熱特性，是一種最好的保護(hù)器件。本文涉及的是封閉式有填料限流式快熔，在運(yùn)行中沒有外部現(xiàn)象。

　　我國快熔的發(fā)展歷史可分為四個階段，第一代是六十年代全國聯(lián)合設(shè)計的RSO、RS3系列，參數(shù)為480A、750V及以下，分?jǐn)嗄芰?0kA，是一種體積較大、價格低廉、電壽命短的初級產(chǎn)品,目前尚有相當(dāng)裝機(jī)量。第二代是八十年代參考日本富士電機(jī)七十年代典型產(chǎn)品CS8F－1400－C而開發(fā)的RSF系列。當(dāng)年該產(chǎn)品典型規(guī)格如1600A、1400A，滿足了與ZP1000硅整流管的匹配和分?jǐn)?00kA故障電流的要求，成為大型變流裝置的主要保護(hù)元件。該產(chǎn)品主要采用了園孔狀熔體技術(shù)。第三代是九十年代初引進(jìn)歐洲著名公司產(chǎn)品及相應(yīng)續(xù)延技術(shù)研制的快熔。其特點(diǎn)是采用在石英砂填料中添加鈉鹽的技術(shù)，使每電弧柵分?jǐn)嚯妷簭腁C150V提高到AC200V。但其缺點(diǎn)是分?jǐn)嗪蟮慕^緣電阻在多數(shù)情況下不易形成，甚至造成斷電后仍然有漏電現(xiàn)象，這是一種初級的加鹽產(chǎn)品。第四代是九十年代末為了克服分?jǐn)嗪舐╇�、重燃問題以及配合大功率電力半導(dǎo)器件的發(fā)展，要求更進(jìn)一步提高分?jǐn)嗄芰�，降低I2t等性能，經(jīng)過對基礎(chǔ)材料、基本制造技術(shù)的研究，在填料中增加了特制鉀鹽、鈉鹽等滅弧材料，使快熔總體水平有了大幅度提高，達(dá)到了每電弧柵分?jǐn)郃C250～300V,分?jǐn)嗪竽苄纬?.5～500MΩ的絕緣電阻，制造優(yōu)良的快熔在分?jǐn)嗪?0min.內(nèi)能形成1～30MΩ的絕緣電阻，可以配4″硅整流管。其主要技術(shù)指標(biāo)與當(dāng)代先進(jìn)工業(yè)國家的產(chǎn)品同步，許多規(guī)格可以和法國、丹麥、德國、美國等產(chǎn)品互換，如RSM系列、BRS系列等。

　　2快熔保護(hù)的配置

　　快熔在半導(dǎo)體電力變流器保護(hù)中的配置，一般分為二類。

　　（1）變流臂內(nèi)部并聯(lián)支路配置保護(hù)式，主要用于大功率和超大功率變流器的保護(hù)。當(dāng)變流臂中某一支路的器件因某種原因損壞，導(dǎo)致與之串聯(lián)的快熔保護(hù)分?jǐn)嗪�，一般情況下僅一個器件出故障，并不影響整個變流器的正常運(yùn)行，

　　（2）分相配置總體保護(hù)式，主要用于中小功率變流器的保護(hù)。當(dāng)某一變流臂中的器件因某種原因損壞，導(dǎo)致該相快熔保護(hù)分?jǐn)嗪�，變流器的保護(hù)將自動切斷供電電源，停止向變流器供電，

　　3快熔的選用

　　3.1粗選（電壓電流法）

　　依據(jù)線路變流變壓器的線電壓應(yīng)低于快熔的額定電壓。經(jīng)電力半導(dǎo)體器件與快熔串聯(lián)短路試驗(yàn)驗(yàn)證，按半導(dǎo)體器件額定電流乘以一個系數(shù)，作為所選用快熔的額定電流。因快熔的額定電流是有效值，而半導(dǎo)器件額定電流是平均值，針對2（1）所述的保護(hù)方式，對第一代產(chǎn)品RSO、RS3系列而言，該系數(shù)可按整流管為1.4、晶體管為1.2、快速晶體管為1來取；如ZP1000配1400A快熔，針對2（2）所述的保護(hù)方式，則可依據(jù)閥電流IV以及變流裝置的負(fù)載特性選擇快熔。然后按變流器可能產(chǎn)生的最大故障電流，選擇快熔的分?jǐn)嗄芰�，�?0kA或100kA（50kA為合格品，100kA為一級品）。

　　3.2精選

　　快熔的許多指標(biāo)是在IEC國際電工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下確定的,與變流器的使用條件有一定差距，所以要比較精確地計算和選用快熔是比較復(fù)雜的,需分解快熔的各項(xiàng)重要性能才可以做出正確的選擇�，F(xiàn)將快熔性能分解如下：

　�。�1）電流通過能力的選擇

　　快熔的額定電流是以有效值表示的。根據(jù)IEC60269－4、GB13539.4－92標(biāo)準(zhǔn)是在電流密度1～1.6A/mm2的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)架上確定的,當(dāng)它用于變流器中時不可能有如此寬松的條件,故必須降容使用。一般正常通過電流為標(biāo)稱額定電流的30％～70％�？烊凼褂脮r或其一端被半導(dǎo)體器件加熱另一端被水冷母排冷卻；或雙面都被水冷母排冷卻；或進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷；或自然冷卻控制溫升使之保持電流通過能力。若要計算熱平衡則需求出母排電功耗，快熔電工耗，各連接處電工耗，還要考慮散熱條件等。變流器中快熔的接頭處是一個容易被忽視的部位，接頭處的連接狀況，影響著快熔的溫升和安全運(yùn)行，為此必須保持接觸面的平整和清潔。無鍍層的母排接觸面要去除氧化層；安裝時給予一致的壓緊力；最好使接觸面產(chǎn)生彈性變形。并聯(lián)的快熔要求逐個檢測接觸面壓降。

　�。�2）快熔的溫升與功耗

　　快熔的功耗W為：W=ΔUIw（1）　ΔU=f(Iw)（2）　　式中，Iw－工作電流,ΔU－快熔的壓降

　　快熔的功耗與其冷態(tài)電阻有很大關(guān)系，選用冷態(tài)電阻低的快熔有利于降低溫升，因?yàn)殡娏魍ㄟ^能力主要受溫升限制。如前所述，快熔接頭處的連接狀況，也影響快熔的溫升，要求快熔接頭處的溫升不應(yīng)影響相鄰器件的工作。試驗(yàn)證明，快熔溫升低于80K可以長期運(yùn)行，溫升100K時制造工藝穩(wěn)定的產(chǎn)品仍能長期運(yùn)行，溫升120K是電流通過能力的臨界點(diǎn)，若溫升達(dá)到140K則快熔不能長期運(yùn)行。水冷母排可以降低快熔溫升，尤其對低電壓規(guī)格的快熔如400～600V效果更佳�？烊鄱俗优c水冷母排連接端溫差一般在1～2℃。許多大功率快熔是按水冷條件設(shè)計的，所以用戶在使用前應(yīng)向制造廠垂詢。風(fēng)冷也是一種降低溫升的有效方法，根據(jù)風(fēng)速通過能力曲線可以確定風(fēng)速對快熔溫升的影響，風(fēng)速