第2章 常见低压电器

2.1 熔断器

熔断器是一种利用物质过热熔化性质制成的保护电器，当电流超过规定值时，利用自身产生的热量使熔体熔断，从而切断电路，实现保护的目的。熔断器广泛应用于配电系统、控制系统及电工设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

熔断器的型号及其含义如下：

熔断器的图形和文字符号如下：

2.1.1 熔断器的基本结构与工作原理

熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。熔体是熔断器的核心部分，熔体的材料、形状和尺寸直接影响熔断器的性能，熔断器的熔体应具有低熔点、易熄弧的特性。熔体材料有两类：一类由铅、锌、锡及铅锡合金等低熔点金属制成，主要用于小电流电路；另一类由银或铜等高熔点金属制成，用于大电流电路。

熔断器熔体中的电流为熔体的额定电流时，熔体长期不熔断，通过熔体电流越大，熔断器熔体的熔化时间越短，通过熔体的电流和熔断时间呈反时限特性。熔断器熔体的熔化时间与通过熔体电流之间的关系曲线，称为熔体的电流-时间特性，又称为安秒特性，如图2-1所示。熔断器作为电路的电路保护元件比较理想，但不宜作为电机的过载保护，熔断器的安秒特性由生产厂家提供。

2.1.2 熔断器的主要技术参数

熔断器性能的主要技术参数有额定电压、额定电流及极限分断能力等。

1）额定电压：熔断器能够长期正常工作电压所承受的电压值。选择熔断器时，熔断器的额定电压应不小于安装线路的额定电压。

2）熔断器的额定电流：常温下（不超过40℃），熔断器外壳与载流部分长期允许通过的最大工作电流。

3）熔体的额定电流：指长期通过熔体而不使熔体发生熔断的最大电流。一种规格的熔断器可以装设不同额定电流的熔体，但熔体的额定电流应不大于熔断器的额定电流。

4）极限开断电流：熔断器能可靠分断的最大短路电流，不能出现拉弧、破碎、飞溅、燃烧及爆炸等现象，熔断器的极限分断能力必须大于被保护电路的最大短路电流。

2.1.3 熔断器的分类及用途

按结构形式分，常用的低压熔断器有瓷插式、螺旋式、无填料封闭管式、有填料封闭管式、快速及自复式等几种。

1.瓷插式熔断器

瓷插式（RC系列）熔断器主要用于交流380V及以下的照明电路中作保护电器，主要由瓷座、瓷盖、动触头、静触头及熔丝等组成，如图2-2所示。瓷座两端装有静插座和接线螺钉，中间空腔与瓷盖凸起部分组成灭弧室，60A以上瓷插式熔断器空腔内填充有石棉织物，以加强灭弧功能。瓷插式熔断器具有体积小、结构简单、价格便宜且熔丝更换方便等优点，但工作不够可靠，目前已被淘汰，一般不允许使用瓷插式系列熔断器作电动机保护。

2.螺旋式熔断器

螺旋式（RL系列）熔断器由带螺纹的瓷帽、熔断管、瓷套、上接线座、下接线座及瓷底座等部分组成，如图2-3所示。管内装有石英砂用于灭弧，一般瓷帽顶部有玻璃圆孔，内有带小红点的熔断指示器，指示熔丝是否熔断。螺旋式熔断器的作用与瓷插式熔断器相同，用于电气设备的过载及短路保护。其有较高的分断能力，结构较紧凑，安装面积小，更换熔体方便；广泛用于控制箱、配电屏、机床设备及振动较大的场合，在交流额定电压500V、额定电流200A及以下的电路中，作为短路保护器件。

3.无填料封闭管式

无填料封闭管式（RM系列）熔断器主要由熔断管、熔体及插座等部分组成。以RM10为例，熔断器的熔断管由钢纸纤维制成，熔断管两端由铜螺母封闭，熔体采用变截面锌片。发生短路故障时，锌片几段狭窄部位先熔断，形成较大空隙，灭弧容易，狭窄部位的段数与额定电压有关，额定电压越高，要求的段数越多，如图2-4所示。

RM系列熔断器分断能力强、熔体更换方便，主要用在交流380V以下、直流440V以下及电流600A以下的电力线路，为一般工业用的低压电器，不能用于有腐蚀性、有剧烈震动和撞击等特殊场合中，可与刀开关组成熔断器刀开关组。RM10系列熔断器更换熔体、安装新熔体时，勿使熔体损坏或碰到管壁，一般经受三次短路电流后，熔断管就不能继续使用了，需更换新的熔断器。

4.有填料封闭式熔断器

有填料封闭（RT系列）熔断器是一种有限流作用的熔断器。一般由装有石英砂的瓷熔管、触头和镀银铜栅状熔体组成，装在特别的底座上，如带隔离刀闸的底座或以熔断器为隔离刀的底座上。为方便熔断体的安装和更换，其上配有熔断器操作手柄。熔体可采用多片网状纯铜片并联，中间用锡桥连接，熔体周围填满石英砂。有填料封闭管式熔断器的额定电流一般为50～1000A，主要用于短路电流大的电力线路或有易燃气体的场所。RT0系列低压有填料封闭管式熔断器的型号和含义如下：

5.快速熔断器

快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护，半导体器件过载能力低，只能在极短时间内承受较大的过载电流，因此要求短路保护具有快速熔断的能力。快速熔断器结构与有填料封闭式熔断器基本相同，常采用银作为熔体材料，为实现快速分断，熔体采用变截面，狭窄部位电流密度高，熔化速度快。

6.自复式熔断器

自复式熔断器熔断后，不需要更换，当故障消失、温度下降后，熔体能自动恢复原状继续使用。自复式断路器内部置有装满金属钠的绝缘细管，电路正常运行时，金属钠电阻很小；当发生故障时，故障电流使金属钠急剧发热而气化，阻值剧增，即瞬间呈现高阻状态，从而限制了短路电流；故障电流消除后，金属钠的温度下降，气化的金属钠回复到原来状态，电阻减小，熔断器可以继续使用。自复式熔断器只能限制短路电流，不能真正切断电路，因此常与断路器配合使用。自复式熔断器所起的作用是限制故障电流的数值，故障电流由断路器分断。自复式熔断器所起作用为减轻断路器的分断容量。

2.1.4 熔断器的选择与安装

熔断器是一种结构简单、价格低廉的保护型电器，广泛应用于低压配电系统和控制电路中。选择熔断器类型时，主要依据负载的保护特性和预期的短路电流值。主要选择原则如下：

1）首先根据使用条件确定熔断器的类型。用于保护小容量的照明线路和电动机，一般考虑过电流保护，可选择铅锡合金等熔化系数较小的熔体；大容量的照明线路及电机拖动，除考虑过电流保护外，还需考虑短路电流的分断能力，预期短路电流较小时，可采用铜质熔体的熔断器；预期短路电流较大或有易燃气体的场合，宜采用高分断能力的熔断器，如有填料封闭管式熔断器；保护硅整流器件、晶闸管的应用场合，采用快速熔断器。

2）选择熔断器规格。首先选定熔体规格，然后选择熔断器的规格，熔断器的额定电压不低于线路的额定工作电压。用于直流电路中时，熔断器的分断能力受电路时间常数的影响，时间常数越大，越难分断，最好选择专用直流熔断器或降低电压等级来使用。

3）熔断器的保护特性应与被保护对象的过载特性匹配。

4）选择熔断器还须考虑动作选择性的配合。一般原则是，上一级熔断器熔体的额定电流大于下一级额定电流，以防越级跳闸或保护拒动。

5）保护电动机的熔断器。应注意电动机起动电流的影响，熔断器不能老化或熔断，熔断器一般只作为电动机的短路保护，过载保护采用热继电器。熔体额定电流一般为电动机额定电流的1.5～2.5倍；电动机减压起动，熔体额定电流=（1.5～2）×电动机额定电流；多台电动机直接起动，主干线熔断器的熔体额定电流=（1.5～2.5）×各台电动机额定电流之和。

6）熔断器的额定电流不低于熔体的额定电流；额定分断能力应大于电路中可能出现的最大短路电流。

熔断器安装时应注意以下几点：

1）使用完整无损的熔断器。

2）安装时应保证熔体与夹头、夹头与夹座接触良好。

3）更换熔体或熔管时，必须切断电源。

4）熔体熔断后，应分析原因排除故障后，再更换新的熔体。

5）熔断器兼作隔离器件使用时，应安装在控制开关的电源进线端。

随着工业技术的发展，熔断器的应用日益广泛，传统的管式熔断器品种较多，管体有玻璃管、陶瓷管体等，熔断器需要用熔断器夹、座、盒或套等连接到电路中。

20世纪五六十年代，跟随电子产品的小型化需求，引线式微型插脚熔断器面世，主要应用于结构紧凑的小电器、电源变换器/充电器及通信设备等；20世纪八九十年代，随着PCB板的广泛应用和现代汽车工业的发展，产生了片式、条式熔断器，熔断器的基体表面覆盖熔体，体积小，功耗少；随着电子产品不断小型化与便携式的发展需求，近年来微型表面贴装熔断器市场迅速发展，为了适应SMT的需求，一些熔断器公司开发了多种表面贴装型熔断器，美国AEM运用专利技术生产陶瓷叠层多元独石结构的熔断器，独石结构使产品多层独石表面贴装熔断器，不同于薄膜式表面安装熔断器的结构/工艺和传统的工作机理，熔体深入基体内部并与基体材料烧结成坚实的一体，可做成多层熔体，具有体积小、可靠性高、响应速度快以及易与其他元件集成等诸多优点，是目前世界上单位体积承受功率最大的表面贴装熔断器。