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核心提示：
整流變電是氯堿行業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，而快速熔斷器在半導(dǎo)體電力整流變電保護(hù)中的配置至關(guān)重要，一旦設(shè)備定型后，快速熔斷器的選用會(huì)直接影響直流供電的質(zhì)量和用電的效率等整流變電參數(shù)。
電力半導(dǎo)體器件熱容量小，在故障狀態(tài)下必須要有快速熔斷器保護(hù)，而快速熔斷器具有與半導(dǎo)體器件類似的熱特性，是一種良好的保護(hù)器件。本文涉及的是封閉式有填料式快速熔斷器，在運(yùn)行中沒(méi)有外部現(xiàn)象。
1快速熔斷器的配置
快速熔斷器在半導(dǎo)體電力整流器保護(hù)中的配置一般分2類。
1.1變流臂內(nèi)部并聯(lián)支路配置保護(hù)式
此類型主要用于大功率和超大功率整流器的保護(hù)。當(dāng)變流臂中某一支路器件因某種原因損壞時(shí)（每一支路根據(jù)設(shè)備功率不同，一般并聯(lián)幾對(duì)快速熔斷器和半導(dǎo)體整流元件串聯(lián)而成，圖1僅標(biāo)出1對(duì)快速熔斷器與半導(dǎo)體整流元件），導(dǎo)致與之串聯(lián)的快速熔斷器保護(hù)分?jǐn)嗪螅话闱闆r下僅1個(gè)器件出故障，并不影響整個(gè)整流器的正常運(yùn)行。目前，唐山三友集團(tuán)冀東化工有限公司的半導(dǎo)體電力整流器保護(hù)中的配置就屬于變流臂內(nèi)部并聯(lián)支路配置保護(hù)式，運(yùn)行效果很好，如圖1所示。
1.2分相配置總體保護(hù)式
此類型主要用于中、小功率整流器的保護(hù)。當(dāng)某一變流臂中的器件因某種原因損壞時(shí)，導(dǎo)致該相快速熔斷器保護(hù)分?jǐn)嗪螅髌鞯谋Ｗo(hù)將自動(dòng)切斷供電電源，停止向整流器供電，氯堿行業(yè)不常用該配置，如圖2所示。
2快速熔斷器的選用
也稱電壓電流法。線路變流變壓器的線電壓應(yīng)低于快速熔斷器的額定電壓。經(jīng)電力半導(dǎo)體器件與快速熔斷器串聯(lián)短路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以半導(dǎo)體額定電流乘以系數(shù)，做為所選用的快速熔斷器的額定電流。因快速熔斷器的額定電流是有效值，而半導(dǎo)體器件的額定電流是平均值，針對(duì)上述第一類配置方案（圖1），對(duì)第一代產(chǎn)品 RS0、RS3系列（我國(guó)快速熔斷器的發(fā)展史可分為4個(gè)階段，第一代是全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)的RS0、RS3系列，參數(shù)為480A、750V以下，分?jǐn)嗄芰?50kA，是一種體積較大、價(jià)格低廉、電壽命短的初級(jí)產(chǎn)品，目前尚有相當(dāng)裝機(jī)量）而言，該系數(shù)可按整流管為1.4、晶體管1.2、快速晶體管為1來(lái)選配，如ZP1000配1400A快速熔斷器。針對(duì)上述第二類配置方案（圖2），則可依據(jù)閥電流Iv以及變流裝置的負(fù)載特性選擇快速熔斷器，再按整流器可能產(chǎn)生的最大故障電流，來(lái)選擇有足夠分?jǐn)嗄芰Φ目焖偃蹟嗥鳎?0kA或100kA，其中50kA為合格品，100kA為一級(jí)品。
3快速熔斷器的應(yīng)用特性
3.1電流通過(guò)能力
快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的，一般正常通過(guò)電流為標(biāo)稱額定電流的30%～70%。快速熔斷器使用時(shí)或其一端被半導(dǎo)體器件加熱而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)冷來(lái)控制溫升使之保持電流通過(guò)能力。
整流器中快速熔斷器接頭處的連接狀況直接影響著快速熔斷器的溫升和可靠運(yùn)行，為此必須保持接觸面的平整和清潔。如無(wú)鍍層的母排的接觸面要去除氧化層，安裝時(shí)給予規(guī)定的壓緊力，最好使接觸面產(chǎn)生彈性變形。并聯(lián)的快速熔斷器要求逐個(gè)檢測(cè)接觸面的壓降。
3.2快速熔斷器的溫升與功耗
快速熔斷器的功耗W=ΔUIw；ΔU=f(Iw)式中：Iw---工作電流；ΔU---快速熔斷器的壓降。
快速熔斷器的功耗與其冷態(tài)電阻有很大的關(guān)系，選用冷態(tài)電阻較小的快速熔斷器有利于降低溫升，因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)能力主要受溫升限制。如前所述，快速熔斷器接頭處的連接狀況也影響著快速熔斷器的溫升，要求快速熔斷器接頭處的溫升不應(yīng)影響其相鄰器件的工作。實(shí)驗(yàn)證明，快速熔斷器的溫升低于80℃時(shí)可以長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升100℃時(shí)制造工藝穩(wěn)定的產(chǎn)品仍能長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升120℃是電流通過(guò)能力的臨界點(diǎn)，若溫升達(dá)到140℃時(shí)，快速熔斷器不能長(zhǎng)期運(yùn)行。
目前，化工行業(yè)一般采用水冷母排和風(fēng)冷方式來(lái)降低快速熔斷器的溫升。水冷母排尤其對(duì)低電壓規(guī)格的快速熔斷器如400～600V效果更佳。快速熔斷器端子與水冷母排連接端溫差一般在1.0～2.0℃。許多大功率快速熔斷器是按水冷條件設(shè)計(jì)的，所以，用戶在使用前應(yīng)向制造廠垂詢。風(fēng)冷也是一種減少溫升的有效方法，根據(jù)風(fēng)速通過(guò)能力曲線來(lái)確定風(fēng)速對(duì)快速熔斷器溫升的影響，風(fēng)速約5m/s時(shí)一般可以提高25%的通流能力，風(fēng)速若再增加將不會(huì)有明顯的作用。
根據(jù)制造廠提供的快速熔斷器電壓降曲線以及額定電流下的功耗，測(cè)量快速熔斷器兩極端子間的電壓降可以快速計(jì)算出該支路的實(shí)際電流。
另外，在同樣的通流情況下，溫升還與快速熔斷器是否采用單一或雙并有關(guān)。先進(jìn)工業(yè)國(guó)家制造的大功率整流裝置中多采用快速熔斷器的雙并與半導(dǎo)體器件串聯(lián)，如700A×2、1400A×2、2500A×2。雙并結(jié)構(gòu)的快速熔斷器端子可以盡量減薄，以減小電阻。有一類雙并連接的快速熔斷器靠螺栓和連板連接，另一類是連板（端子）與2個(gè)熔體（端子）焊為一體的結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)比較先進(jìn)。電壓較高的快速熔斷器其內(nèi)阻較大，尤其是800V以上產(chǎn)品，由于外殼瓷套有一定的長(zhǎng)度，表面積較大，而熔體產(chǎn)生的熱量經(jīng)由填料、外殼傳導(dǎo)散熱，故電壓高的快速熔斷器風(fēng)冷效果較顯著。
3.3分?jǐn)嗄芰Φ倪x擇
快速熔斷器的外殼強(qiáng)度在很大程度上確定了對(duì)最大故障電流的分?jǐn)嗄芰ΑＦ浯危焖偃蹟嗥鲀?nèi)部的金屬熔片形狀、填料吸附金屬蒸汽能力和熱量、熔斷體的電動(dòng)力等都影
電力半導(dǎo)體器件熱容量小，在故障狀態(tài)下必須要有快速熔斷器保護(hù)，而快速熔斷器具有與半導(dǎo)體器件類似的熱特性，是一種良好的保護(hù)器件。本文涉及的是封閉式有填料式快速熔斷器，在運(yùn)行中沒(méi)有外部現(xiàn)象。
1快速熔斷器的配置
快速熔斷器在半導(dǎo)體電力整流器保護(hù)中的配置一般分2類。
1.1變流臂內(nèi)部并聯(lián)支路配置保護(hù)式
此類型主要用于大功率和超大功率整流器的保護(hù)。當(dāng)變流臂中某一支路器件因某種原因損壞時(shí)（每一支路根據(jù)設(shè)備功率不同，一般并聯(lián)幾對(duì)快速熔斷器和半導(dǎo)體整流元件串聯(lián)而成，圖1僅標(biāo)出1對(duì)快速熔斷器與半導(dǎo)體整流元件），導(dǎo)致與之串聯(lián)的快速熔斷器保護(hù)分?jǐn)嗪螅话闱闆r下僅1個(gè)器件出故障，并不影響整個(gè)整流器的正常運(yùn)行。目前，唐山三友集團(tuán)冀東化工有限公司的半導(dǎo)體電力整流器保護(hù)中的配置就屬于變流臂內(nèi)部并聯(lián)支路配置保護(hù)式，運(yùn)行效果很好，如圖1所示。
1.2分相配置總體保護(hù)式
此類型主要用于中、小功率整流器的保護(hù)。當(dāng)某一變流臂中的器件因某種原因損壞時(shí)，導(dǎo)致該相快速熔斷器保護(hù)分?jǐn)嗪螅髌鞯谋Ｗo(hù)將自動(dòng)切斷供電電源，停止向整流器供電，氯堿行業(yè)不常用該配置，如圖2所示。
2快速熔斷器的選用
也稱電壓電流法。線路變流變壓器的線電壓應(yīng)低于快速熔斷器的額定電壓。經(jīng)電力半導(dǎo)體器件與快速熔斷器串聯(lián)短路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以半導(dǎo)體額定電流乘以系數(shù)，做為所選用的快速熔斷器的額定電流。因快速熔斷器的額定電流是有效值，而半導(dǎo)體器件的額定電流是平均值，針對(duì)上述第一類配置方案（圖1），對(duì)第一代產(chǎn)品 RS0、RS3系列（我國(guó)快速熔斷器的發(fā)展史可分為4個(gè)階段，第一代是全國(guó)聯(lián)合設(shè)計(jì)的RS0、RS3系列，參數(shù)為480A、750V以下，分?jǐn)嗄芰?50kA，是一種體積較大、價(jià)格低廉、電壽命短的初級(jí)產(chǎn)品，目前尚有相當(dāng)裝機(jī)量）而言，該系數(shù)可按整流管為1.4、晶體管1.2、快速晶體管為1來(lái)選配，如ZP1000配1400A快速熔斷器。針對(duì)上述第二類配置方案（圖2），則可依據(jù)閥電流Iv以及變流裝置的負(fù)載特性選擇快速熔斷器，再按整流器可能產(chǎn)生的最大故障電流，來(lái)選擇有足夠分?jǐn)嗄芰Φ目焖偃蹟嗥鳎?0kA或100kA，其中50kA為合格品，100kA為一級(jí)品。
3快速熔斷器的應(yīng)用特性
3.1電流通過(guò)能力
快速熔斷器的額定電流是以有效值表示的，一般正常通過(guò)電流為標(biāo)稱額定電流的30%～70%。快速熔斷器使用時(shí)或其一端被半導(dǎo)體器件加熱而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)冷來(lái)控制溫升使之保持電流通過(guò)能力。
整流器中快速熔斷器接頭處的連接狀況直接影響著快速熔斷器的溫升和可靠運(yùn)行，為此必須保持接觸面的平整和清潔。如無(wú)鍍層的母排的接觸面要去除氧化層，安裝時(shí)給予規(guī)定的壓緊力，最好使接觸面產(chǎn)生彈性變形。并聯(lián)的快速熔斷器要求逐個(gè)檢測(cè)接觸面的壓降。
3.2快速熔斷器的溫升與功耗
快速熔斷器的功耗W=ΔUIw；ΔU=f(Iw)式中：Iw---工作電流；ΔU---快速熔斷器的壓降。
快速熔斷器的功耗與其冷態(tài)電阻有很大的關(guān)系，選用冷態(tài)電阻較小的快速熔斷器有利于降低溫升，因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)能力主要受溫升限制。如前所述，快速熔斷器接頭處的連接狀況也影響著快速熔斷器的溫升，要求快速熔斷器接頭處的溫升不應(yīng)影響其相鄰器件的工作。實(shí)驗(yàn)證明，快速熔斷器的溫升低于80℃時(shí)可以長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升100℃時(shí)制造工藝穩(wěn)定的產(chǎn)品仍能長(zhǎng)期運(yùn)行，溫升120℃是電流通過(guò)能力的臨界點(diǎn)，若溫升達(dá)到140℃時(shí)，快速熔斷器不能長(zhǎng)期運(yùn)行。
目前，化工行業(yè)一般采用水冷母排和風(fēng)冷方式來(lái)降低快速熔斷器的溫升。水冷母排尤其對(duì)低電壓規(guī)格的快速熔斷器如400～600V效果更佳。快速熔斷器端子與水冷母排連接端溫差一般在1.0～2.0℃。許多大功率快速熔斷器是按水冷條件設(shè)計(jì)的，所以，用戶在使用前應(yīng)向制造廠垂詢。風(fēng)冷也是一種減少溫升的有效方法，根據(jù)風(fēng)速通過(guò)能力曲線來(lái)確定風(fēng)速對(duì)快速熔斷器溫升的影響，風(fēng)速約5m/s時(shí)一般可以提高25%的通流能力，風(fēng)速若再增加將不會(huì)有明顯的作用。
根據(jù)制造廠提供的快速熔斷器電壓降曲線以及額定電流下的功耗，測(cè)量快速熔斷器兩極端子間的電壓降可以快速計(jì)算出該支路的實(shí)際電流。
另外，在同樣的通流情況下，溫升還與快速熔斷器是否采用單一或雙并有關(guān)。先進(jìn)工業(yè)國(guó)家制造的大功率整流裝置中多采用快速熔斷器的雙并與半導(dǎo)體器件串聯(lián)，如700A×2、1400A×2、2500A×2。雙并結(jié)構(gòu)的快速熔斷器端子可以盡量減薄，以減小電阻。有一類雙并連接的快速熔斷器靠螺栓和連板連接，另一類是連板（端子）與2個(gè)熔體（端子）焊為一體的結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)比較先進(jìn)。電壓較高的快速熔斷器其內(nèi)阻較大，尤其是800V以上產(chǎn)品，由于外殼瓷套有一定的長(zhǎng)度，表面積較大，而熔體產(chǎn)生的熱量經(jīng)由填料、外殼傳導(dǎo)散熱，故電壓高的快速熔斷器風(fēng)冷效果較顯著。
3.3分?jǐn)嗄芰Φ倪x擇
快速熔斷器的外殼強(qiáng)度在很大程度上確定了對(duì)最大故障電流的分?jǐn)嗄芰ΑＦ浯危焖偃蹟嗥鲀?nèi)部的金屬熔片形狀、填料吸附金屬蒸汽能力和熱量、熔斷體的電動(dòng)力等都影
