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保护用fuse选型说明

1保险丝类1.1保险丝结构介绍一般保险丝由三个部分组成:一是熔体部分,它是保险丝的核心,熔断时起到切断电流的作用,同一类、同一规格保险丝的熔体,材质要相同、几何尺寸要相同、电阻值尽可能地小且要一致,最重要的是熔断特性要一致;二是电极部分,通常有两个,它是熔体与电路联接的重要部件,它必须有良好的导电性,不应产生明显的安装接触电阻;三是支架部分,保险丝的熔体一般都纤细柔软的,支架的作用就是将熔体固定并使三个部分成为刚性的整体便于安装、使用,它必须有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性,在使用中不应产生断裂、变形、燃烧及短路等现象;电力电路及大功率设备所使用的保险丝,不仅有一般保险丝的三个部分,而且还有灭弧装置,因为这类保险丝所保护的电路不仅工作电流较大,而且当熔体发生熔断时其两端的电压也很高,往往会出现熔体已熔化(熔断)甚至已汽化,但是电流并没有切断,其原因就是在熔断的一瞬间在电压及电流的作用下,保险丝的两电极之间发生拉弧现象。

这个灭弧装置必须有很强的绝缘性与很好的导热性,且呈负电性。

石英砂就是常用的灭弧材料。

参数解释:①.NORMAL OPERATING CURRENT: FUSE所串联回路通过的满载电流②.INTERRUPTING RATING:在保险丝额定电压范围内所允许保险丝安全熔断的电流,目前使用的半导体保护保险的INTERRUPTING RATING一般达到20KA,如果此电流持续时间足够短,Fuse将不会熔断,fuse具有重复承受此冲击的能力。

但是注意,如果短路电流超过此分断电流规格,可能导致FUSE无法正常熔断。

③.VOLTAGE RATING:Fuse所承受的额定电压,如果Fuse熔断后两端的电压差越高,由于内部的拉弧效应,Fuse熔断速度越慢,参考曲线如下:图中K表示I2t的能量系数。

④.TIME-CURRENT CURVE: Fuse 过载能力的查核表,通过电流/时间曲线可以找出fuse在不同电流模式下的过载时间,所有fuse均有此曲线,下图为Ferraz 30A Fuse 的TIME-CURRENT CURVE曲线供参考。

⑤.Fuse 拉弧现象Fuse受冲击电流时均会产生拉弧现象,如果冲击能量>FUSE I2t承受能力,Fuse将发生熔断,参考波形如下:从图中看出,Fuse受冲击时的能量(Total I2t)由melting I2t和Arcing I2t两部分组成。

拉弧的电流(Arcing Current)持续到冲击能量减小到零为止。

拉弧过程的阻抗将抑制在短路回路中电流的增长。

当拉弧阻抗无法抑制住电流的增长时,将发生拉弧故障,将冲击能量超出了上图的灰色区域,此时fuse将熔断。

由于拉弧过程中的阻抗及电流的关系,在拉弧过程中会产生瞬间的拉弧电压,如下图波形:从上图看出,拉弧电压的波形与电压尖峰的波形相同。

1.2分类原则①.按保护分类按保护形式分,可分为:过电流保护与过热保护。

用于过电流保护的保险丝就是平常说的保险丝(也叫限流保险丝)。

用于过热保护的保险丝一般被称为"温度保险丝"。

温度保险丝又分为低熔点合金形与感温触发形还有记忆合金形等等(温度保险丝是防止发热电器或易发热电器温度过高而进行保护的,例如:电吹风、电熨斗、电饭锅、电炉、变压器、电动机等等;它响应于用电电器温升的升高,不会理会电路的工作电流大小。

其工作原理不同于"限流保险丝")。

②.按使用范围分类按使用范围分,可分为:电力保险丝、机床保险丝、电器仪表保险丝(电子保险丝)、汽车保险丝。

③. 按体积分类按体积分,可分为:大型、中型、小型及微型。

④.按额定电压分类按额定电压分,可分为:高压保险丝、低压保险丝和安全电压保险丝。

⑤.按分断能力分类按分断能力分,可分为:高、低分断能力保险丝。

⑥. 按形状分类按形状分,可分为:平头管状保险丝(又可分为内焊保险丝与外焊保险丝)、尖头管状保险丝、铡刀式保险丝、螺旋式保险丝、插片式保险丝、平板式保险丝、裹敷式保险丝、贴片式保险丝。

⑦.按照熔断速度分类按熔断速度分,可分为:特慢速保险丝(一般用TT表示)、慢速保险丝(一般用T表示)、中速保险丝(一般用M表示)、快速保险丝(一般用F表示)、特快速保险丝(一般用FF表示)。

按标准分,可分为:欧规保险丝、美规保险丝、日规保险丝。

1.3保险丝选择原则保险丝选取从下面几个参数进行考虑:①. 必须符合UPS所对应的安規(Approval)标准;目前UPS的fuse应用主要涉及安规标准为:IEC127和UL 248两个标准。

⑴.UL/CSA/ANCE (Mexico) 248-14 FUSES FOR SUPPLEMENTARYOVERCURRENT PROTECTION标准原文描述如下:UL ampere rating tests are conducted at 100%, 135%, and 200% of rated current. The fuse must carry 110% of its ampere rating and must stabilize at a temperature that does not exceed a 75°C rise at 100%. The fuse must open at 135% of rated current within one hour. It also must open at 200% of rated current within 2 minutes for 0-30 ampere ratings and 4 minutes for 35-60 ampere ratings.最低Interrupt current承受能力需满足下表:⑵.INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION (IEC)Publication 127, Sheet I, II, III, V, VI (250 Volts)标准原文描述如下:IEC Publication 127 defines three breaking capacity levels (interrupting rating). Low breaking capacity fuses must pass a test of 35 amperes or ten times rated current, whichever is greater, while enhanced breaking capacity fuses must pass a test of 150 amperes and finally high breaking capacity fuses must pass a test of 1500 amperes. Sheet I –Type F Quick Acting, High Breaking CapacitySheet II –Type F Quick Acting, Low Breaking CapacitySheet III –Type T Time Lag, Low Breaking CapacitySheet V –Type T Time Lag, High Breaking CapacitySheet VI –Type T Time Lag, Enhanced Breaking CapacityIEC标准中所描述的过载能力如下:在FUSE过载能力的选择上,经验预留1.2倍的余量,保证FUSE过载保护的可靠性。

②.Fuse两端应用的电压必须在额定电压(Voltage Rating)范围之内;③. Fuse所串联的线路通过的满载电流必须低于fuse的额定电流(Current Rating);Li④.Fuse必须能承受所串联回路的瞬间冲击电流,必须具有分断短路电流的能力;Fuse熔断时的过程如下图所示:一般FUSE选择时均会选取Current-Limiting Fuse,即选取的fuse均有电流的抑制能力,下图为FUSE在线路中遭遇冲击电流时的波形:从上述图片可以看出,FUSE的熔断保护是慢速的,一般至少持续1/2 输入能量的周期。

在FUSE的参数中,Interrupt Rating在FUSE位置的选择至关重要,下图为一般UPS内部应用FUSE的电路参考:其中Main Switch选择的FUSE Interrupt rating至少为125,000A,建议选择rating的等级为200,000A。

在A点的FUSE Interrupt rating至少选为85,000A,建议选择rating的等级为100,000A。

而对于承受冲击电流能力的可靠性来说,A点的FUSE最好选择具有承受200,000A冲击能力的FUSE。

⑤.根据线路的需求选择快斷或慢斷(Fast Acting or Time Delay/Slo-Blo ,区别在于I ²T 的能力)的保险,当Fuse 串联在功率回路上不可避免将遭遇Inrush current 的问题,选择的基础根据经验公式:SCR :)*(3.0*9.0*3.0*222t I t I T I current Inrush fuse of total component --->=; IGBT&MOSEFT&DIODE:)*(3.0*5.0*3.0*222t I t I T I current Inrush fuse of total component --->= 进行选取,Inrush Current /I ²T的实际波形参考下图:计算I 2t 的数值时,根据冲击波形的形状进行等效能量计算,可参考的下图公式进行相关计算一般fuse均有承受冲击电流次数的限制,不同冲击能量条件下fuse承受的次数不同,具体判断可参考下图:对于大部分的fuse选择来说,fuse正常使用及过载使用的是否安全的判断标准为I2t的数值,具体选用方法根据TIME-CURRENT CURVE曲线查找对应工作电流点的时间常数,根据定义的规格要求判断过载时间是否符合设计要求。

⑥.根据线路可能出现的尖峰电流次数选择具有承受所需脈衝次數(Pulse Behavior)的fuse⑦.根据fuse的应用环境温度情况,选择所需溫度(Temperature)能力的fuse下图为Little fuse不同fuse类别产品的电流&温度曲线:图中可以看出,快速保险相对来说具有较好的current rating 保持特性。

⑧.根据fuse 的封装方式及外部限制条件,选择不同的fuse ,目前主要有几种: FuseClip, Fuse Holder, Pig Tail, DIP , SMD.1.4 保险丝应用介绍1.4.1 保险丝并联运行保险丝并联相当于线路电阻减少一半,此时根据线路分析的原理可以计算出此时并联后两颗fuse 总的fuse parallel t I T I -´=one 222保险丝并联时注意线路layout 的情况,下图为实际摆放参考:放置时注意回路面积比较小,同时线路保持对称。

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