1.5 熔断器
熔断器是一种用于过载与短路保护的电器。熔断器是在线路中人为设置的“薄弱环节”，要求它能承受额定电流，而当短路或过载时，则要求其充分显示其“薄弱性”来，首先熔断，从而保护电气设备的安全。
熔断器的主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体，串联在被保护的电路中。在正常情况下，熔体相当于一根导线；当发生短路或过载，流过熔断器的电流大于规定值时，熔体因过热熔断而自动切断电路。
熔断器作为保护电器，具有结构简单、体积小、重量轻、使用和维护方便、价格低廉、可靠性高等优点，因此在强电系统和弱电系统中得到广泛应用。
1.5.1 熔断器的结构及保护特性
1.熔断器的结构
熔断器由熔体和安装熔体的绝缘底座（或称熔管）等组成。熔体为丝状或片状，熔体材料通常有两种：一种由铅锡合金和锌等熔点低、导电性能差的金属制成，因而不易灭弧，多用于小电流的电路；另一种由银、铜等熔点高、导电性能好的金属丝制成，易于灭弧，多用于大电流电路。
2.保护特性
熔断器串联在被保护的电路中，电流通过熔体时产生的热量与电流的平方和电流通过的时间成正比，电流越大，则熔体的熔断时间越短，这种特性称为熔断器的保护特性或安秒特性，如图1.22所示。可见，熔断时间与电流成反时限特性。图中IN为熔断器额定电流，熔体允许长期通过额定电流而不熔断，通过熔体电流与熔体时间的数值关系如表1.7所示。
图1.22 熔断器的保护特性曲线
3.熔断器的分类
熔断器的种类很多，按结构分为开启式、半封闭式和封闭式；按有无填料分为有填料式、无填料式；按用途分为工业用熔断器、保护半导体器件熔断器及自复式熔断器等。
表1.7 常用熔体的安秒特性
1.5.2 熔断器的主要技术参数
熔断器的主要技术参数包括额定电压、熔体的额定电流、熔断器的额定电流、极限分断能力等。
1.额定电压
熔断器的额定电压是指熔断器长期工作时和分断后能够承受的电压，它取决于线路的额定电压，其值一般等于或大于连接电路的额定电压。
2.熔体的额定电流
熔体的额定电流是指熔体长期通过而不会熔断的电流。
3.熔断器的额定电流
熔断器的额定电流是保证熔断器（指绝缘底座）能长期正常工作的电流。
熔断器的额定电流等级比较少，而熔体的额定电流等级比较多，即在一个额定电流等级的熔断器内可以分装不同额定电流等级的熔体，但熔体的额定电流最大不能超过熔断器的额定电流。
4.极限分断能力
极限分断能力是指熔断器在规定的额定电压和功率因数（或时间常数）的条件下，能分断的最大短路电流值。在电路中出现的最大电流值一般是指短路电流值。所以，极限分断能力也反映了熔断器分断短路电流的能力。它取决于熔断器的灭弧能力，与熔体的额定电流无关。
1.5.3 常用的熔断器
1.瓷插式熔断器
瓷插式熔断器如图1.23所示，常用产品为RC1A系列，主要用于低压分支电路的短路保护，因其分断能力小，多用于照明电路的保护。
2.螺旋式熔断器
螺旋式熔断器主要由瓷帽、熔体和底座组成，如图1.24所示。常用产品有RL6、RL7、RLS2等系列，该系列产品的熔管内装有石英砂，用于熄灭电弧，分断能力强。熔体的上端盖有一熔断指示器，一旦熔体熔断，指示器马上弹出，可透过瓷帽上的玻璃孔观察到。其中RL6、RL7多用于机床配电电路中；RLS2为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。
1—动触点；2—熔体；3—瓷插件；4—静触点；5—瓷座
图1.23 瓷插式熔断器
1—底座；2—熔体；3—瓷帽
图1.24 螺旋式熔断器
3.封闭管式熔断器
该熔断器分为无填料管式（如图1.25所示）、有填料管式（如图1.26所示）和快速熔断器三种。常用产品有RM10、RT12、RT14、RT15、RS3等系列，其中RM10为无填料管式熔断器，常用于低压配电网或成套配电设备中；RT12、RT14、RT15系列为有填料管式熔断器，填料为石英砂，用来冷却和熄灭电弧，常用于大容量配电网或配电设备中；RS3系列为快速熔断器，主要用于保护半导体元件。
4.NT型高分断能力熔断器
随着电网供电容量的不断增加，对熔断器的性能要求更高。根据德国AEC公司制造技术标准生产的NT型系列产品为低压高分断能力熔断器，额定电压至660V，额定电流至1000A，分断能力可达120kA，适用于工厂电气设备、配电装置的过载和短路保护；NGT型系列产品为快速熔断器，可用于半导体器件的保护。NT型熔断器的规格齐全，具有功率损耗小、性能稳定、限流性能好、体积小等优点。它也可以作为导线的过载和短路保护。
1—铜圈；2—熔断器；3—铜帽；4—插座；5—特殊垫圈；6—熔体；7—熔片
图1.25 无填料封闭管式熔断器
1—瓷底座；2—弹簧片；3—管体；4—绝缘手柄；5—熔体
图1.26 有填料封闭管式熔断器
5.自复式熔断器
自复式熔断器是一种新型熔断器，它利用金属钠作为熔体，在常温下具有高电导率，允许通过正常工作电流。当电路发生短路故障时，短路电流产生高温使金属钠迅速气化，气态钠呈现高阻态，从而限制了短路电流。当故障消除后，温度下降，金属钠重新固化，恢复其良好的导电性。因此，这种限流元件被称为自复式熔断器或永久熔断器。
自复式熔断器的优点是不必更换熔体，能重复使用，但由于只能限流而不能切断故障电路，故一般不单独使用，均与低压断路器串联配合使用，以提高分断能力。
自复式熔断器实质上是一个非线性电阻。为了抑制分断时出现的过电压，并保证断路器的脱扣机构始终有一动作电流以保证其工作的可靠性，自复式熔断器要并联一个附加电阻。
自复式熔断器的工业产品有RZ1系列等。
熔断器的主要技术数据如表1.8所示。
表1.8 熔断器的主要技术数据
1.5.4 熔断器的型号含义及电气符号
1.熔断器型号的含义
2.熔断器的图形符号及文字符号
熔断器的图形符号及文字符号如图1.27所示。
图1.27 熔断器的图形符号及文字符号
1.5.5 熔断器的选择与维护
1.熔断器的选择
熔断器的选择主要包括熔断器类型、额定电压、熔断器额定电流及熔体额定电流等方面。
工业上选择熔断器一般应从以下几个方面考虑。
1）熔断器的类型
根据线路的要求、使用场合、安装条件和各类熔断器的使用范围来选择。
2）熔断器的额定电压
熔断器的额定电压必须等于或高于熔断器工作点的电压。
3）熔体的额定电流
（1）对于照明线路等没有冲击电流的负载，应使熔体的额定电流等于或稍大于电路的工作电流，即：
式中，IFU——熔体的额定电流，I——电路的工作电流。
（2）对于电动机类负载，要考虑启动冲击电流的影响，应按下式计算：
（3）多台电动机由一个熔断器保护时，熔体额定电流应按下式计算：
式中，INmax——容量最大的一台电动机的额定电流，∑IN——其余电动机额定电流的总和。
（4）降压启动的电动机选用熔体的额定电流等于或略大于电动机的额定电流。
4）熔断器的额定电流
熔断器的额定电流根据被保护电路及设备的额定负载电流选择。熔断器的额定电流必须等于或高于所装熔体的额定电流。
5）熔断器的额定分断能力
熔断器的额定分断能力必须大于电路中可能出现的最大故障电流。
6）熔断器上、下级的配合
为满足电路保护的要求，应注意熔断器上、下级之间的配合，为此，应使上一级（供电干线）熔断器的熔体额定电流比下一级（供电支线）大1～2个级差。
2.熔断器在使用维护方面的注意事项
（1）安装前检查熔断器的型号、额定电流、额定电压、额定分断能力等参数是否符合规定要求。
（2）安装时应注意熔断器与底座、触刀的接触要良好，以避免因接触不良造成温升过高，引起熔断器误动作和周围电器元件的损坏。
（3）当熔断器熔断时，应更换同一型号、规格的熔断器。
（4）工业用熔断器的更换应由专职人员更换，更换时应先切断电源。
（5）使用时应经常清除熔断器表面的尘埃。在定期检修设备时，如发现熔断器有损坏，应及时更换。