浅谈熔断器的保护与应用

马正军;申亚宁

【摘 要】在送电线路、发电厂及施工用电的供电回路中,采用熔断器作为相间短路和过载保护装置已相当普遍,虽然它的灵敏度、选择性不高,但由于其结构简单、价格低廉、安装施工方便、动作可靠等优点而得到广泛应用。 【期刊名称】《中国高新技术企业》 【年(卷),期】2012(000)025 【总页数】3页(P44-46)

【关键词】继电保护;熔断器;相部短路;过载保护 【作 者】马正军;申亚宁

【作者单位】西北电力建设集团公司,陕西西安710032 【正文语种】中 文 【中图分类】TM564 1 概述

熔断器是以熔体熔断、切断电源来达到保护的目的，熔体的材料可分为高熔点（银、铜）和低熔点（铝、锡、铅、锌）等两大类。熔体的尺寸、形状是根据熔断器的额定电流、额定电压和使用场合而设计的，一般额定电流为10A及以下的熔体多采用丝状结构，大于10A的多采用变截面的熔片结构。 2 熔断器选择

2.1 电网配电装置采用一般工业用熔断器的选用原则

应根据电网电压选用相应电压等级的熔断器；按配电系统中可能出现的最大短路电流选择相应分断能力的熔断器；高压熔断器熔体的额定电流应按保护熔断特性选择。应满足保护的可靠性、选择性和灵敏度的要求，应保证前后两级熔断器之间、熔断器与电源侧继电保护之间、熔断器与负荷侧继电保护之间动作的选择性，在此前提下当本段保护范围内发生短路时，应能在最短的时间内切断故障。 2.2 熔断器作为电动机短路保护的选择

异步电动机的电气故障主要是定子绕组的相间短路问题，其次是单向接地短路和一相绕组的匝间短路，除此之外还可能出现绕组温度过高和机械故障等。定子绕组的相间短路对电动机来说是最严重的故障，它不仅引起绕组绝缘损坏、铁芯烧毁，甚至会使供电电压显著降低，破坏其他设备的正常工作。一相绕组匝间短路将破坏电动机的对称运行，并使相电流增大，最严重的情况是电动机的一相绕组全部短接，可能引起电动机的严重损坏。

电动机的不正常运行状态的过负荷主要原因有机械过负荷、一相熔断器熔断造成的两相运行引起的过负荷、交流电压和周波降低引起转速下降造成的过负荷、电动机启动时间过长等。较长时间的过负荷直接结果将使电动机温度升高，超过允许值，加速绕组绝缘老化、降低寿命，甚至将电动机烧坏。所以电动机装设熔断器，防止短路故障外，还应考虑一相熔断器熔丝熔断引起的两相运行问题，因此在装设熔断器时三相一定要保持一致，以防止一相熔丝提前熔断而烧电机。另外还应装设热继电器，以保护电动机过负荷。

熔断器保护电动机应根据下列几个条件选择：

2.2.1 电动机自启动过程中熔体不应熔断。根据试验，小容量的熔丝通过2.5倍的额定电流8s时不会熔断，通过2倍额定电流30～40s不会熔断，而一般电动机自启动时间为2～40s，因此熔断器容量可根据下式选择：对一般正常启动的电动机，

熔丝的额定电流Ie可按电动机自启动电流Izg的1/2.5倍，即Ie=Izg/2.5；对启动频繁或严重条件下启动的电动机，熔断丝的Ie可按Ie=Izg/1.6～2。

2.2.2 正常负荷电流熔断器不应熔断。熔断丝的额定电流Ie可按回路中正常额定电流的2～2.5倍，即Ie=（2～2.5）Ie回路。

2.2.3 电动机或引出线相间短路时，熔断器应于接触器动作前熔断。由于出现短路时，接触器端电压下降，接触器返回（释放），返回时间为0.04～0.06s，为了使接触器不致因断开短路电流而烧坏，熔断器必须于接触器动作前熔断，为了可靠起见，熔断器熔断时间应小于0.02～0.03s，从熔断器的保护特性曲线得知，当通过熔断器的短路电流为熔丝的额定电流20～25倍时，熔断器熔断时间可达到0.02～0.03s，因此熔断器的额定电流Ie可选择为电动机入口处最大可能的短路电流ID的1/20～25倍（计算短路电流ID时，须计及母线至电动机的电缆电阻）。 2.3 选用上、下级熔断器

为了满足选择的要求，上、下级熔断器应根据其保护特性曲线的数据及实际误差来选用。如两熔断时间的匹配裕度以10%来考虑，则应满足下列条件： 式中：

＆%——熔断器熔断时间误差

t1——对应故障的电流值，从特性曲线查得上一级熔断器的熔断时间 t2——对应故障的电流值，从特性曲线查得下一级熔断器的熔断时间

熔断器与熔断器之间的配合，一般按上、下级熔件正负误差叠加并计及10%配合裕度计算配合级差负荷熔断器额定电流等级：6、10、16、20、25、32、36、40、50、63、80、100、125、160、200（A）等。 例如：RM10熔断器，线路干线较支线大2级。 干线熔体额定电流32A，支线熔体Ie为20A。

干线熔体额定电流40A，支线熔体Ie为32A。 干线熔体额定电流100A，支线熔体Ie为63A。 2.4 熔断器作为变压器的短路保护应考虑的因素

满足变压器最大允许通过的负荷电流；满足变压器带电时的励磁涌流；能躲过保护范围以外的短路电流及电动机自启动时引起的冲击电流。 综合以上几个因素，可按Ie=KIbg公式选取熔体的额定电流。 式中：

K——系数，不考虑电动机自启动时取1.1～1.3倍，考虑电动机自启动时可取1.5～2.0倍

Ibg——电力变压器回路最大工作电流 2.5 熔断器保护半导体器件的选择 保护小容量变流装置： 式中：

Ier——保护半导体器件熔断器的额定电流有效值（A） Itn——晶闸管的额定电流平均值（A）

保护大容量变流装置：在大容量变流装置中，桥臂的并联支路数根据系统短路电流的大小来确定。每一支路由硅元件与熔断器组成，为保证发生内部故障时装置仍能继续供电，与故障元件串联的熔断器必须熔断，因此故障元件熔断器的熔断I²t值应小于串联在桥臂上的全部熔断器熔断I²t值。 为保护其他臂元件不损坏，应满足： 式中：

m——并联支路数

K——动态均流系数（一般取0.5～0.6） Ard——熔断器最大熔断∫i²dt Ak——硅元件浪涌∫i²dt值 2.6 电焊变压器熔体的选择 单台电焊变压器熔断器熔体选择： 式中：

KA——安全系数，取1.1 KF——负荷尖峰系数，取1.1 IR——计算工作电流（A） Ie——熔体额定电流（A） 多台电焊变压器熔断器熔体选择： 式中：

If——回路尖峰电流（A） Ie——熔体额定电流（A） 2.7 起重机熔断器熔体选择 式中：

If——回路尖峰电流（A） Ie——熔体额定电流（A）

3 熔断器的实际应用及简单计算方法

装设在高压（6kV、10kV）架空线上的跌落保险丝具是防止线路短路时的过电流。安装在变压器高压侧（电源侧）进线端的熔断器将代替断路器使用，保护范围从保

险丝具安装处至变压器低压侧的供电回路的多相短路和过负荷。但在熔断器熔体设置上切不可采用铁丝，不能用铁丝及不相匹配的粗熔丝来代替标准熔丝，否则起不到应有的保护效果，反而会造成设备损坏和事故扩大。用银、铜制造的熔体，它的熔断性能在常温20℃时，熔断电流为额定电流的1.25倍熔不断，在2倍时14s熔断，3倍时4s熔断。常用的锌熔丝，熔断电流为1.5倍的额定电流；铜制熔丝为2倍，铅锡合金熔丝为2.5倍。为了给从事电气施工的工作人员提供便于记忆的简单计算口诀，方便现场使用，口诀：“额定断流两概念，断比额大倍数算，银铜熔断秒计算，倍数是二还是三，锌丝倍半铜算二，铅锡合金二倍半。” 4 结语

在施工现场，由于熔断器不能正确地选择和配置，电气设备损坏、事故扩大的事件时有发生，本篇文章将对现场电气施工人员在熔断器的正确选择、技术业务的提高方面起到一定的帮助，使施工现场的事故降到最低程度，达到“举一反三”的目的。