快速熔斷器的特性與應用

　　1引言

　　電力半導體器件熱容量小，在故障狀態(tài)下必須要有快速保護。而快速熔斷器（以下簡稱快熔）具有與半導體器件類似的熱特性，是一種最好的保護器件。本文涉及的是封閉式有填料限流式快熔，在運行中沒有外部現(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)合設計的RSO、RS3系列，參數為480A、750V及以下，分斷能力50kA，是一種體積較大、價格低廉、電壽命短的初級產品,目前尚有相當裝機量。第二代是八十年代參考日本富士電機七十年代典型產品CS8F－1400－C而開發(fā)的RSF系列。當年該產品典型規(guī)格如1600A、1400A，滿足了與ZP1000硅整流管的匹配和分斷100kA故障電流的要求，成為大型變流裝置的主要保護元件。該產品主要采用了園孔狀熔體技術。第三代是九十年代初引進歐洲著名公司產品及相應續(xù)延技術研制的快熔。其特點是采用在石英砂填料中添加鈉鹽的技術，使每電弧柵分斷電壓從AC150V提高到AC200V。但其缺點是分斷后的絕緣電阻在多數情況下不易形成，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品。第四代是九十年代末為了克服分斷后漏電、重燃問題以及配合大功率電力半導器件的發(fā)展，要求更進一步提高分斷能力，降低I2t等性能，經過對基礎材料、基本制造技術的研究，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，達到了每電弧柵分斷AC250～300V,分斷后能形成0.5～500MΩ的絕緣電阻，制造優(yōu)良的快熔在分斷后10min.內能形成1～30MΩ的絕緣電阻，可以配4″硅整流管。其主要技術指標與當代先進工業(yè)國家的產品同步，許多規(guī)格可以和法國、丹麥、德國、美國等產品互換，如RSM系列、BRS系列等。

　　2快熔保護的配置

　　快熔在半導體電力變流器保護中的配置，一般分為二類。

　　（1）變流臂內部并聯(lián)支路配置保護式，主要用于大功率和超大功率變流器的保護。當變流臂中某一支路的器件因某種原因損壞，導致與之串聯(lián)的快熔保護分斷后，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行，

　�。�2）分相配置總體保護式，主要用于中小功率變流器的保護。當某一變流臂中的器件因某種原因損壞，導致該相快熔保護分斷后，變流器的保護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）

　　依據線路變流變壓器的線電壓應低于快熔的額定電壓。經電力半導體器件與快熔串聯(lián)短路試驗驗證，按半導體器件額定電流乘以一個系數，作為所選用快熔的額定電流。因快熔的額定電流是有效值，而半導器件額定電流是平均值，針對2（1）所述的保護方式，對第一代產品RSO、RS3系列而言，該系數可按整流管為1.4、晶體管為1.2、快速晶體管為1來��；如ZP1000配1400A快熔，針對2（2）所述的保護方式，則可依據閥電流IV以及變流裝置的負載特性選擇快熔。然后按變流器可能產生的最大故障電流，選擇快熔的分斷能力，如50kA或100kA（50kA為合格品，100kA為一級品）。

　　3.2精選

　　快熔的許多指標是在IEC國際電工標準規(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雜的,需分解快熔的各項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IEC60269－4、GB13539.4－92標準是在電流密度1～1.6A/mm2的標準試驗架上確定的,當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稱額定電流的30％～70％�？烊凼褂脮r或其一端被半導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；或進行強制風冷；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)電阻有很大關系，選用冷態(tài)電阻低的快熔有利于降低溫升，因為電流通過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影響相鄰器件的工作。試驗證明，快熔溫升低于80K可以長期運行，溫升100K時制造工藝穩(wěn)定的產品仍能長期運行，溫升120K是電流通過能力的臨界點，若溫升達到140K則快熔不能長期運行。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。快熔端子與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計的，所以用戶在使用前應向制造廠垂詢。風冷也是一種降低溫升的有效方法，根據風速通過能力曲線可以確定風速對快熔溫升的影響，風速