【摘要】介绍了测量弧后残躯电流的测试装置及其与测试装置有关的直流放大器线路和要求，并对测试线路和测试方法进行了描述和分析，详细讨论了试验结果。 1 概述 到目前为止，散粒石英砂是使用最为广泛的熔断器填料，但散粒石英砂通过固化后可进一步提高熔断器的开断能力。此外，还可增大熔断器的导热系数，提高开断能力，因此许多国家都在致力于研究采用固化石英砂作为熔断器的填料。 采用散粒石英砂制作的熔断器，在开断电流的过程中，其灭弧机理是将电弧扩散到砂粒的细缝中通过强烈的冷却作用来迫使电弧熄灭的，而散砂经过固化后绝大多数的砂粒孔隙几乎都被固化剂填满，所以在开断过程的初始阶段，电弧受到一定的扩散阻力，促使电弧压力迅速升高，于是在高压力的电弧作用下，电弧强行打破了固化剂的填空，更加有力地深入扩散到砂粒缝隙中，从而大大改善了开断性能。 熔断器开断性能的改善往往反映在开断电流后出现的弧后残躯电流的状况上。本文从测量开断电流后的弧后残躯电流的变化来研究散砂和固化砂之间弧后残躯电流的差别，并作为开断性能的依据。 2 熔断器弧后残躯电流的测量装置 图1所示为测量弧后残躯电流装置的原理图。当主回路中有电流通过分流器Rs时，略去分流器的电感而只计电阻值Rs时，分流器上的电压降为： Usm=IkmZs≈IkmRs 式中：Ikm——开断电流的幅值，A； Zs——分流器的阻抗，Ω； Rs——分流器的电阻，Ω。 根据测量要求，当开断电流通过时，分流器上的电压降不应对人身和设备造成危害，通常将安全电压取为100V(幅值)，令Us=100V，所以分流器的电阻值为： 式中：Ism——弧后残躯电流的最大值，A。 对于具有限幅作用的放大器来说，若总的放大倍数为K，则放大器输出端的最大电压为： UFm=KUXF (3) 通常放大器输出端的最大电压UFm 即为记录装置的最大记录电压，因此，在已知开断电流幅值Ikm、弧后残躯电流最大值Ism和记录装置(示波器)的最大电压UFm时，就可以按照式 (1)、(2)、(3)计算出测量装置的主要参数。如已知测量的开断电流幅值为3000√2A，估算最大弧后残躯电流为1A，示波器的最大记录电压为 10V，则分流器的电阻值为： 采用带有限幅器和总放大倍数为500的两级直流放大器作为测试放大器［1］ 3 试验线路和测试结果 试验是在预期短路电流约为3000A，功率因数为0.27，电源电压为50Hz，400V的条件下进行。其试验线路图如图2所示。 选用的测试仪器为PHILIPS-PM3335型，通频带为60MHz，采样频率为20MHz，最小分辨率下每格信号电压为2mV，具有暂时记忆功能，可配用打印机(FX80系列)直接将示波图打印出来。试验线路还采用了各种措施以降低和消除干扰的影响。 为了保证试验的可靠性，在试验开始前对测试系统进行了检定，包括分流器的时间常数和放大器的放大倍数。采用对折式方法制作的低感分流器，其电感量很小，测得分流器的响应时间为6.5×10-7s。一般情况下认为分流器的时间常数略小于10-6s即可满足试验要求。放大器测量结果如表1所示。从表中可以看出，所设计的放大器放大倍数基本上可以满足试验要求。 4 试验结果与分析 所研制的试品由厚0.2mm，宽5mm的铜带、银带和铝带制成，熔体有1个断口，填充以φ0.15～0.45mm的经烘干的标准石英砂，试验电压为400V。 由于弧后残躯电阻是从弧后残躯电流幅值和恢复电压中导出的〔2〕，因此只要测量出弧后残躯电流，就可以得到弧后残躯电阻，并根据计算结果可绘制出采用散砂和固化砂时不同金属熔体其弧后残躯电阻随时间的变化曲线，如图3、图4所示。在上述条件下，可以得出： (1)对于同种材料的熔体来说，采用散砂时的弧后残躯电阻大于采用固化砂时的电阻，这主要是由于固化剂的存在而使残余电导率变大所造成的。但合适的残余电导率能在开断过程中起到一定的阻尼作用，有助于提高开断能力。 (2)对于采用相同填料时(不论是固化砂还是散砂)，熔体材料为银的弧后残躯电阻较熔体材料为铜的大，而熔体材料为铜又较熔体材料为铝的弧后残躯电阻大。这主要是由于银和铜的扩散速度不一样所造成的。 为了比较和分析固化砂和散砂的熄弧性能，本文对采用不同固化砂的熔断器进行了试验。熔体选用厚0.2mm，宽5mm的铜带，断口数为1，其外壳等采用NGT的标准部件，试验线路如图5所示，预期电流为800A。表2为测得的固化砂和散砂熄弧性能的有关参数。从表中可以看出： (1)固化砂的电弧电压在整体上比散砂要高，Emin分别提高了1.76倍和1.82倍，这对于熄弧能力的提高是十分有利的； (2)与散砂相比，固化砂的燃弧I2t可减少约30～35%； (3)固化砂的燃弧时间比散砂的燃弧时间可缩短74～80%； (4)固化砂的能量消耗比散砂的电弧能量消耗可以减少近1/3。 显然固化砂的熄弧性能要比散砂优越得多。 综上所述，掌握合适的石英砂固化工艺，对熔断器的熄弧性能会有显著的提，同时还会带来熔断器机械强度、结构等的改善。 此外，本文还对固化的铜熔体做了抗氧化能力试验。经过长期通以额定电流的通电试验后(约一年)，测量其电阻值，无明显变化。由于固化石英砂较硬，无法取出中间的铜熔体，所以敲开部分固化砂，观察其铜熔体的表面状况，亦无明显的氧化痕迹。这说明经过长期通电后的铜熔体与固化后的熔断器中的铜熔体基本上没有变化。在试验过程中，给熔断器通以50A的电流，即Ie／I=1.26左右(Ie=63A)，由铜熔体狭颈稳定温度与比值Ie/I的关系曲线［3］查得其狭颈温度约为220℃。在此温度下，散砂具有的缝隙会使铜熔体发生强烈的氧化作用。因此固化砂对铜熔体有足够的防氧化作用，可减缓铜受到氧化后而引起的老化，从而延长熔断器的使用寿命。 5 结论 本文对银熔体、铜熔体和铝熔体制成的三种低压限流熔断器进行了开断电流后的弧后残躯电流大小的测试，并分析了在固化石英砂和散粒石英砂两种条件下的试验结果。可以看出，银熔体的残躯电阻最大，铜熔体次之，铝熔体的残躯电阻最低，即银熔体对开断性能最有利，但经固化石英砂后的铜熔体熔断器可减缓铜的氧化，若以铜代银可以节约大量银材，具有实用意义。此外，由于铜熔体的残躯电阻相对较低，因此在开断电流过程中将起到一定的阻尼作用，对开断性能的改善也会起到一定的作用。 参 考文 献 1 孔繁虹，王季梅.高分断能力低压熔断器中的弧后电流研究。低压电器，1998，(6) 2 Cwidak K, Lipski T. Post-Arc Resistance in HBC Fuses. Proc 7 Int Conf on SAP, 1993 3 夏彦卫.快速熔断器中熔体的铜代银和采用固化填料的研究，西安交通大学硕士学位论文，1990，5
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