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如何选择高压直流保险丝?

保险丝简介

A 熔断器又称保险丝,是安装在电气电路中,保证电路安全运行的元件。在规定的电压条件下,电流通过保险丝元件。

高速保险丝结构

利用电流的热效应,当积聚的热量达到一定程度时,熔断器元件的特定部位(窄段)在规定的时间内熔化并断开,从而安全地中断故障电流。

保险丝的工作原理

当电流流过导体时,导体会因为本身的电阻而发热。发热的公式为Q=I²Rt,其中Q为发热,I为流过导体的电流,R为导体电阻,t为电流流过导体的时间。根据这个公式,保险丝的工作原理可以理解如下:

当电流流过保险丝时,保险丝会发热,产生的热量会随时间而增加。电流和电阻的大小决定了发热的速度,而保险丝的结构及其安装条件则决定了散热的速度。 

保险丝熔断过程

如果热量产生率小于热量散发率,保险丝就不会熔断。如果热量产生率等于热量散发率,保险丝在相当长的一段时间内都不会熔断。但是,如果热量产生率超过热量散发率,累积的热量就会增加。由于其特定的热容量和质量,这种热量的增加表现为温度升高。当温度升高到保险丝的熔点以上时,保险丝就会熔断并中断。

如何选择高压保险丝?

1.确认保险丝是用于交流电路还是直流电路。

确定保险丝是用于交流 (AC) 电路还是直流 (DC) 电路至关重要。错误地在直流电路中使用交流保险丝或反之亦然可能会导致事故。

交流或直流保险丝

在交流电路中,当电源电压为零时,电弧放电往往会消失。但是,在直流电路中,由于直流电压不会变为零,因此存在电弧放电不会消失的风险,可能会导致保险丝损坏(参见图1)。

因此,对于直流电路,只应选择直流保险丝,对于交流电路,只应选择交流保险丝!

2、额定电压(Un):保险丝的标称额定电压。

此术语是从保险丝的安全使用角度引入的,表示安装保险丝的电路在保持安全工作条件下的最高工作电压。这意味着保险丝只能放置在工作电压小于或等于保险丝额定电压的电路中,才能安全有效地发挥作用。否则,保险丝熔断时可能会产生持续的电弧和电路损坏。

例如,250V的保险丝可用于电压125V或更低的电路。

3、额定电流(主要针对小电流选择):保险丝的标称额定电流。

它表示保险丝在正常工作条件下所能承受的电流水平,而不是工作电流。额定电流值的正确选择必须考虑以下几点:

  • 对于过载能力较弱的UL规格,额定电流In=Ir/Of,其中Ir为电路工作电流,Of=0.75为保险丝的电流折减系数。例如,若电路工作电流Ir为1.5A,则应选用2A的保险丝(1.5/0.75=2A)。
  • 对于熔断器过载能力较强的IEC规范,不需要降低,即Ir=In。

4.环境温度(主要针对小电流选择):

保险丝的载流能力是通过在环境温度 25°C 下进行的实验来确定的。然而,这些实验会受到环境温度变化的影响:随着环境温度升高,保险丝的工作温度会升高,导致载流能力降低和寿命缩短。在这种情况下需要考虑温度降额(参见下图)。

保险丝环境温度

例如,选择一个在小环境下工作温度为90°C、电流为1.5A的快速熔断保险丝,如右图所示,其温度降低系数(Tf)为95%。

如果遵循 IEC 规范:In = In / Tf = 1.5 / 0.95 = 1.58,因此建议额定电流为 1.6A 或 2A。

如果遵循UL规范:In = In /(Of * Tf)= 1.5 /(0.75 * 0.95)= 2.1,因此建议额定电流为2.5A。

5.最大分断能力(A/kA):

保险丝的最大断路容量是指保险丝在规定条件下能够安全中断或断开且不造成损坏的最大电流。它本质上是保险丝能够处理并安全中断的最大故障电流。

断路容量是保险丝的主要安全指标。不同的保险丝根据其设计和预期用途具有不同的断路容量。高断路容量对于确保保险丝在故障或过载情况下能够安全断开电路而不导致任何不安全事件(例如破碎、燃烧、溅出、爆炸或损坏周围人员或其他部件)至关重要。

例如,断路容量为 10,000 安培 (10 kA) 的保险丝可以安全地中断高达 10,000 安培的故障电流,而不会造成损坏。

6.保护类别:

根据IEC标准,保险丝的保护类别通常分为“g型”和“a型”(参考下表):

保险丝类型曲线

“g 型”:全范围保护 - 能够中断熔断器熔断至额定断路容量之间的任何电流。适用于保护过载和短路电流。可独立用作整个电流范围的保护。

“a 型”:部分范围保护 - 能够中断最小断路电流和额定断路容量之间的任何过电流。适用于短路(后备)保护。需要与其他保护装置结合使用才能提供全面的过电流保护。

管子、电压、电流相同的“g”类和“a”类的一般特性比较如下:

类型 应用程序 突破范围 备注
gG 一般保护目的–
配电线路保护
全系列 常见的保护线、电机、变压器、电容器、
开关等,
gM 电机电路保护-延时 全系列 很少用于其他设备保护
aM 电机电路保护-延时 部分范围
(备份)
很少用于其他设备保护
gN 一般在北美用于电线保护 全系列 符合 UL 标准的一般保护
gD 北美通用延迟 全系列 符合 UL 标准的一般保护
aR 半导体保护 部分范围
(备用或短路保护)
保护半导体器件或系统,一般速度快、I²t低、特别耐冲击、速度极慢
gR 半导体和电线保护 全系列 低 I²t
光伏发电 光伏系统保护,一般很快 全系列 光伏系统低电感电容电路保护
垂直同步信号 逆变器电容电流保护 短路保护 极低的 I²t,适合断开电容性电路

7.熔断特性:

保险丝特性,也称为时间/电流特性、IT特性或安培秒特性,通常使用曲线图表示:

保险丝特性曲线表示不同电流负载与其对应的保险丝熔断时间的函数关系,可供选型参考(参考图表)

保险丝熔断特性

保险丝需具备一定的过载能力:

  • 根据 UL 规范,保险丝的最大不熔断电流为 110% In。
  • 根据IEC规范,保险丝的最大不熔断电流为113%In或120%In。

当受到超过规定限值的过电流时,保险丝也必须迅速烧断:

  • 根据 UL 规范,保险丝的最小熔断电流约为 135% In。
  • 根据 IEC 规范,保险丝的最小熔断电流约为 145% In。

8.熔化能(I²t):

熔断能量值是指保险丝熔断时的能量值,表示保险丝抵御浪涌的能力。其中,I为过载电流,t为熔断时间。保险丝熔断所需的能量(If²t)和浪涌脉冲释放的能量(Ir²t)决定了保险丝是否会熔断。如果Ir²t>If²t,则保险丝熔断;如果If²t<Ir²t,则保险丝可以抵御浪涌。

保险丝熔化能量

保险丝的熔断时间与电流产生的热量、散热条件、保险丝的热容量特性等因素有关,影响保险丝熔断时间的因素很多,所以保险丝的If²t值在不同的断路电流或断路时间下并不是恒定的。 

If²t-t曲线反映的是保险丝在不同熔断时刻的If²t值(见下图),类似保险丝特性曲线,可供设计人员选择保险丝时参考。

9. 产品寿命/耐用性:

保险丝的寿命一般较长,在没有故障的情况下,其寿命几乎与设备的寿命同步。

IEC规范中小型管状保险丝寿命测试方法为:在直流电源条件下,保险丝承受1.20 In(或1.05 In)电流15小时,然后断开100分钟,如此循环1.5次,最后再承受1.15 In(或XNUMX In)电流XNUMX小时,整个过程不得出现熔断等异常现象。

10.安装方法:

面板安装:保险丝盒、保险丝插座等。

底座安装:保险丝夹、保险丝夹插座等。

印刷电路板(PCB)安装: 

  • 通孔安装(波峰焊):径向引线、轴向引线等。
  • 表面贴装:多层单片、薄膜型等。

悬挂安装:保险丝座。

外形尺寸:

  • 管状:直径X长度。
  • 微型:孔径 X 间距。
  • 表面贴装:焊盘 – 长度 X 宽度,两端之间的距离。

11.安全证书

CE

ce认证图标

CE 认证是欧洲共同市场的合格认证标志。CE 代表“Conformité Européene”(欧洲合格),是欧盟成员国使用的认证标志,用于表明在其市场上销售的产品符合欧洲法规。CE 认证对制造商来说是自愿的,旨在确保产品符合欧洲法规的要求,以保证消费者的安全、健康和环境保护。

UL

ul 认证标志

UL 认证是美国保险商实验室 (UL) 颁发的产品安全认证,UL 是一家全球领先的独立安全科学公司,专门从事产品安全测试和认证。UL 认证的目的是确保产品符合相关的安全标准,为制造商在市场上销售产品提供信心。

文化

UL 认证图标

cUL认证是由加拿大标准协会(CSA)颁发的认证,cUL标志表示产品已通过CSA认证,符合加拿大的相关标准和要求。cUL认证通常涉及电气电子产品的安全和性能测试。该认证是产品在加拿大市场销售的必备条件,在其他国家和地区也得到广泛认可。

CSA

csa 认证图标

CSA是加拿大标准协会的缩写,是加拿大电子电器产品权威认证机构,经该机构认证的电器产品允许在加拿大市场上自由销售。经CSA认证的产品只能在加拿大市场上销售,而要进入美国市场还必须取得美国的UL认证。

TÜV

德国莱茵 300

TÜV认证是由德国技术监督协会(TÜV)颁发的产品认证。TÜV是全球领先的独立第三方技术检验和认证机构。该认证通常涵盖产品的安全、质量和性能方面,确保其符合相关标准和法规。获得TÜV认证的产品可以提高其在市场上的信誉和竞争力,特别是在德国和其他欧洲市场。

RoHS

ROHS 标志 100

RoHS认证是指符合欧洲限制使用有害物质指令(RoHS指令)的产品认证,RoHS指令是欧盟制定的限制电子电气设备中使用某些有害物质含量的法规,旨在减少对环境和人类健康的负面影响。

REACH

达到认证标志

REACH(化学品注册、评估、授权和限制)是欧盟制定的有关化学品的法规。REACH法规于2007年生效,旨在保障人类健康和环境,同时鼓励企业更负责任地使用化学品。

12. 标准合规性

  • UL 248-1 美国保险商实验室安全标准
  • IEC 60269 (GB13539) – 低压保险丝:
  • IEC 60947 (GB14048) – 低压开关设备和控制设备:
  • IEC 60947-3 (GB14048-3) – 开关、隔离开关、负荷开关和熔断器组合装置
  • IEC 61818 – 低压保险丝应用指南:
  • IEC 61459 – 保险丝与接触器/电动机起动器之间的协调:

保险丝常见故障模式分析

  1. 额定电压选择偏小,电路电感超过标准测试条件:如果电路断路电压高于保险丝的额定电压或电感超过标准测试条件,保险丝可能无法可靠地断路,从而导致爆炸和电弧。
  2. 额定电流选择过小:额定电流不足可能会导致保险丝因电路中的发热和冲击电流而烧断或缩短其使用寿命。
  3. 额定电流选择过大:如果保险丝对于某些过电流来说尺寸过大,则它可能无法动作或动作太慢,从而导致其他组件损坏。
  4. 过流 < “a” 型部分保护范围:在 “a” 型部分保护范围内的过流情况下,保险丝可能无法可靠地熔断。
  5. 安装不正确或接触电阻过高可能会导致过热和损坏。
  6. 超过保险丝设计标准的机械干扰可能会损坏或影响保险丝的运行条件。
  7. 实际短路电流远远超过保险丝的额定分断能力:保险丝可能无法可靠地分断短路电流。
  8. 保险丝安装距离过近,或受其它发热元件影响,不能合理散热,缩短使用寿命;

避免保险丝故障并确保可靠系统保护的建议

  1. 选择:提供准确的电路工作参数,以协助选择合适的保险丝,实现有效保护。
  2. 选择优质制造商:选择材料优质、工艺优质、检查彻底、始终满足要求的制造商。
  3. 产品测试和应用测试:对产品及其应用进行全面测试,以确保可靠性。

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