保险丝的基本知识

fuse

1. 何谓保险丝?其作用是什么?

保险丝也被称为熔断器,IEC127标准将它定义为“熔断体(fuse-link)”。它是一种安装在电路中,保证电路安全运行的电器元件。保险丝的作用是:当电路发生故障或异常时,伴随着电流不断升高,并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件,也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝,那么,保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候,自身熔断切断电流,从而起到保护电路安全运行的作用。 最早的保险丝于一百多年前由爱迪生发明,由于当时的工业技术不发达白炽灯很贵重,所以,最初是将它用来保护价格昂贵的白炽灯。

2. 保险丝的工作原理是怎样的?

我们都知道,当电流流过导体时,因导体存在一定的电阻,所以导体将会发热。且发热量遵循着这个公式:Q=0.24I2RT;其中Q是发热量,0.24是一个常数,I是流过导体的电流,R是导体的电阻,T是电流流过导体的时间;依此公式我们不难看出保险丝的简单的工作原理了。

一旦制作保险丝的材料及其形状确定了,其电阻R就相对确定了(若不考虑它的电阻温度系数)。当电流流过它时,它就会发热,随着时间的增加其发热量也在增加。电流与电阻的大小确定了产生热量的速度,保险丝的构造与其安装的状况确定了热量耗散的速度,若产生热量的速度小于热量耗散的速度时,保险丝是不会熔断的。若产生热量的速度等于热量耗散的速度时,在相当长的时间内它也不会熔断。若产生热量的速度大于热量耗散的速度时,那么产生的热量就会越来越多。又因为它有一定比热及质量,其热量的增加就表现在温度的升高上,当温度升高到保险丝的熔点以上时保险丝就发生了熔断。这就是保险丝的工作原理。

从这个原理中应该知道,在设计制造保险丝时必须认真地研究所选材料的物理特性,并确保它们有一致几何尺寸。因为这些因素对保险丝能否正常工作起到了致关重要的作用。同样,您在使用它的时候,一定要正确地安装它。

3. 保险丝的构造如何?各有什么功效?又有什么要求?

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。

另外,还有一些保险丝有熔断指示装置,它的作用就是当保险丝动作(熔断)后其本身发生一定的外观变化,易于被维修人员发现,例如:发光、变色、弹出固体指示器等。

4. 保险丝有哪些种类?

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”。

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。 按体积分,可分为:大型、中型、小型及微型。

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。 按分断能力分,可分为:高、低分断能力保险丝。

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。

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(VDE)、美规保险丝(UL)、日规保险丝(PSE)。

5. 慢速保险丝是怎样一回事?

慢速保险丝也叫延时保险丝,它的延时特性表现在电路出现非故障脉冲电流时保持完好而能对长时间的过载提供保护。有些电路在开关瞬间的电流大于几倍正常工作电流,尽管这种电流峰值很高,但是它出现的时间很短,我们称它为脉冲电流也有称它为冲击电流或叫它为浪涌电流。普通的保险丝是承受不了这种电流的,这样的电路中若使用的是普通保险丝恐怕就无法正常开机了,若使用更大规格的保险丝,那么当电路过载时又得不到保护。延时保险丝的熔体经特殊加工而成,它具有吸收能量的作用,调整能量吸收量就能使它即可以抗住冲击电流又能对过载提供保护。标准对延时特性都有规定,若标准的规定特性无法满足要求时,可与制造商联系以得到解决。

6. 保险丝的额定电流是否就是使保险丝熔断的电流?

不是。应该仅将它看成是一种规格的标称,而流过保险丝的电流大到何种地步、何时熔断这在保险丝产品标准中对它有详细的规定,又因标准的不同而规定有所不同。保险丝有一个“熔断系数”其值大于“1”(一般在1.1至1.5之间),它是“常规不熔断电流”与“额定电流”的比值。由此可以看出,即使流过保险丝的电流大于它的额定电流而未超过常规不熔断电流,保险丝也不应该发生熔断现象。

7. 如何理解保险丝的额定电压?

保险丝熔断与否取决于流过它的电流的大小,与电路的工作电压无关。保险丝的额定电压是从安全使用保险丝角度提出的,它是保险丝处于安全工作状态所安置的电路的最高工作电压。这说明保险丝只能安置在工作电压小于等于保险丝额定电压的电路中。只有这样保险丝才能安全有效地工作,否则,在保险丝熔断时将会出现持续飞弧和被电压击穿而危害电路的现象。

8. 选用保险丝的规则

1.正常工作电流在25℃条件下运行,保险丝的电流额定值通常要减少25%以避免有害熔断.大多数传统的保险丝其采用的材料具有较低的熔化温度.因此,该种保险丝对环境温度的变化比较敏感.例如一个电流额定值为10A的保险丝通常不推荐在25℃环境温度下在大于7.5A的电流下运行.

2.电压额定值保险丝的电压额定值必须等于或大于有效的电路电压.一般标准电压额定值系列为32V、125V、250V、600V.

3.电阻保险丝的电阻在整个电路中并不重要.由于安培数小于1的保险丝电阻只有几个欧姆,所以在低压电路中采用保险丝时应考虑这个问题.大部分的保险丝是用温度系数为正的材料制造的,因此,就有冷电阻和热电阻之分.

4.环境温度保险丝的电流承载能力,其实验是在25℃环境温度条件下进行的,这种实验受环境温度变化的影响.环境温度越高,保险丝的工作温度就越高,其寿命也就越短.相反,在较低的温度下运行会延长保险丝的寿命.

5.熔断额定容量也称为致断容量.熔断额定容量是保险丝在额定电压下能够确实熔断的最大许可电流.短路时,保险丝中会多次通过比正常工作电流大的瞬时过载电流.安全运行要求保险丝保持完整的状态(无爆裂或断裂)并消除短路.

6.保险丝性能保险丝设计方面的性能是指保险丝对各种电流负荷作出反应的迅速程度.保险丝按性能常分为正常响应、延时断开、快动作和电流限制四种主要类型.

7.有害断路常常是由于对所设计的电路分析不完整造成的.在前面所列出的保险丝选择所涉及的所有因素中,必须特别注意正常工作电流、环境温度和过载增量(第6项).在使用时,不能只根据正常工作电流和环境温度来选择保险丝,还要注意其它使用条件.例如,造成常规电源有害断路的一种常见原因就是没有充分考虑保险丝的公称熔化热能的额定值,它也必须满足由电源平滑滤波的输入电容器产生的各种浪涌电流对保险丝提出的要求.如果要想保险丝安全可靠、寿命又长,那么就要使选用保险丝的熔化热能不大于该保险丝的公称熔化热能额定值的20%.

8.公称熔化热能就是熔化熔断部件所需的能量,用I2t表示,读为“安培平方秒”.一般在权威认证机构,都要进行公称熔化热能的测试:给保险丝施加一个电流增量并测量熔化发生的时间,如果在约为0.008秒甚至更短的时间内不发生熔化,那么就增加脉冲电流的强度.重复进行这一实验直到保险丝的熔化限制在大约0.008秒之内.进行这一测试的目的是确保所产生的热能没有足够的时间从保险丝部件通过热传导跑掉,也就是说,全部热能都用于熔化.

选用保险丝时,除了考虑前面所说的正常工作电流、减少额定值、环境温度外,还要考虑I2t值.另外还要注意一点:焊接时,由于大多数保险丝都有焊接接头,因此当我们用焊接方法安装这些保险丝时就要特别小心.焊接热量过多会使保险丝内的焊料回流而改变它的额定值.保险丝是类似于半导体的热敏元件,因此,在焊接保险丝时最好使用吸热装置。

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