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《內(nèi)熔絲熔斷機理試驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、內(nèi)熔絲熔斷機理試驗研究西安電力電容器研究所（西安 710082） 趙醒社 內(nèi)熔絲是電力電容器的重要安全器件。對內(nèi)熔絲的試驗研究以前進行過許多工作，主要進行的是內(nèi)熔絲性能的研究，對內(nèi)熔絲的熔斷機理試驗研究不多。本文在對不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)熔絲的性能試驗研究的基礎(chǔ)上，通過對內(nèi)熔絲熔斷過程中試驗現(xiàn)象的分析，結(jié)合“電器電弧理論”，得出內(nèi)熔絲的熔斷機理，供大家參考、指正?！ ?nèi)熔絲在電力電容器中的作用是：（1）快速熄滅元件擊穿產(chǎn)生的（高壓直流）電弧，（2）切斷元件擊穿短路（工頻）電流。熄滅元件擊穿產(chǎn)生的電弧是其主要作用，也是本文討論的重點?！ ?nèi)熔絲在電力電容器
2、不同工作條件下，其物理模型有所不同。在交流電壓下元件擊穿時，由于絕緣介質(zhì)的擊穿一般在電壓波形的45°以上，串聯(lián)段上瞬間電壓不能躍變，所以，可以等效于電容器直流充放電電路，由于元件擊穿后的短路電阻（電弧電阻）小，而且還是一個非線性電阻，為了簡化研究模型，將其忽略，用真空斷路器替代。綜上所述，我們采用的內(nèi)熔絲直流試驗研究電路如圖1所示。通過改變放電電容和放電電壓來模擬內(nèi)熔絲的不同工作狀況。內(nèi)熔絲試品放在油中。B—試驗變壓器 D—硅堆 R0—充電電阻Cs—充放電電容 Us—試驗電壓 L—回路固有電感 R—回路固有電容 F—內(nèi)容絲 K—真空斷路器
3、1 內(nèi)熔絲的熔斷機理試驗分析 傳統(tǒng)的內(nèi)熔絲熔斷機理是認(rèn)為內(nèi)熔絲的熔斷過程是一個絕熱過程，當(dāng)內(nèi)熔絲上通過一個強大的（脈沖）電流時，內(nèi)熔絲急劇發(fā)熱，熔體的部分或全部迅速完成從固態(tài)到液態(tài)、氣態(tài)的兩個相轉(zhuǎn)變，或直接完成從固態(tài)升華到氣態(tài)的相轉(zhuǎn)變，熔體成為高溫，高壓的熱金屬氣體，金屬氣體以爆炸的形式迅速擴散，熄滅在其間形成的電弧。傳統(tǒng)的內(nèi)熔絲是沿襲前蘇聯(lián)的習(xí)慣，將金屬絲纏繞在花紙板上，內(nèi)熔絲是螺旋結(jié)構(gòu)（以后簡稱紙板內(nèi)熔絲），而內(nèi)熔絲的熔斷過程在幾個到幾十個微秒之間完成，試驗中很難檢測到紙板熔絲的熔斷過程和電弧的軌跡，即使有金屬氣體也不可能檢測到，而只能得到熔體
4、的殘段。用傳統(tǒng)的內(nèi)熔絲熔斷機理解釋紙板內(nèi)熔絲的熔斷過程相當(dāng)滿意。 基于這一理論基礎(chǔ)，我們在制定內(nèi)熔絲研究方案時，將研究的重點放在內(nèi)熔絲的性能和結(jié)構(gòu)對比試驗研究上?！ ≡趯埌鍍?nèi)熔絲和線形內(nèi)熔絲對比試驗中，進行內(nèi)熔絲的最大通過能量、最小熔斷能量、下限熔斷能力檢驗試驗、上限熔斷能力檢驗試驗時，出現(xiàn)了一些用傳統(tǒng)的內(nèi)熔絲熔斷機理難以充分解釋的結(jié)果和現(xiàn)象： ①在進行最大通過能量試驗后，線形內(nèi)熔絲的電纜紙包封有明顯的熔體通體連續(xù)的，清晰的灼痕?！ 、诰€形內(nèi)熔絲熔體從單斷口回彈后的灼痕，斷口清晰可辯見。 ?、邸八N效應(yīng)”{水泵在起動和停車時，水流沖擊管道，產(chǎn)生
5、嚴(yán)重的“水錘效應(yīng)”。"水錘效應(yīng)”是指在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁光滑，水流動自如。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉，水流對閥門及管壁，主要是閥門會產(chǎn)生一個壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達到最大，并產(chǎn)生破壞作用，這就是水利學(xué)當(dāng)中的“水錘效應(yīng)”，也就是正水錘。相反，關(guān)閉的閥門在突然打開后，也會產(chǎn)生水錘，叫負水錘，但沒有前者大。另一種關(guān)于水錘效應(yīng)的表述:異步電動機在全壓啟動時,從靜止?fàn)顟B(tài)加速到額定轉(zhuǎn)速,水的流量從零猛增到額定流量.由于流體具有動量和一定程度的可壓縮性,因此,在極短時間內(nèi)流量的巨大變化將引起對管道的壓強過高或過低的沖擊,并產(chǎn)生空化現(xiàn)象.壓力沖擊將
6、使管壁受力而產(chǎn)生噪音,就像錘子敲擊管子一樣,稱為水錘效應(yīng).采用恒壓供水,可以通過對時間的預(yù)置來延長啟動和停車過程,使動態(tài)轉(zhuǎn)矩大為減小,從而根本上消除了水錘效應(yīng)}使盛絕緣油的真空玻璃干燥器、瓷套筒被炸碎。???④線形內(nèi)熔絲熔斷后，熔體形成金屬珠。 對于這四個現(xiàn)象按傳統(tǒng)的內(nèi)熔絲熔斷機理解釋，①可以理解為內(nèi)熔絲熔斷過程是絕熱過程。②、③、④很難解釋清楚。我們曾懷疑我們選定的研究模型和試驗回路的正確性。對研究模型和試驗回路進行更改，但變化不大。于是，我們開始懷疑傳統(tǒng)的內(nèi)熔絲熔斷機理的正確性，查閱了近年有關(guān)電弧、熔斷器的資料。得出了新的內(nèi)熔絲機理： 內(nèi)熔絲
7、在電力電容器中的熔斷過程是一個絕熱的、低壓直流電弧熄滅過程。當(dāng)在內(nèi)熔絲上通過一個強大的（脈沖）電流時，內(nèi)熔絲的熔體急劇發(fā)熱，熔體的部分或全部迅速完成從固態(tài)到液態(tài)的相轉(zhuǎn)變，在電磁和表面張力的作用下，金屬液體形成金屬“液珠”，同時在“液珠”與“液珠”之間的絕緣介質(zhì)被擊穿，產(chǎn)生高壓直流電弧?！耙褐椤钡臄?shù)量的增加與絕緣介質(zhì)的擊穿，就形成一個由“液珠”連接的“電弧橋”。當(dāng)“電弧橋延伸到一定長度時，高壓直流電弧變成低壓直流電弧，整個“電弧橋”迅速崩潰，電弧熄滅。伴隨產(chǎn)生一個孤立聲波向外傳播?！ 耙褐椤钡臄?shù)量、大小與形狀決定于電流的大小和梯度、電磁力和表面張力的
8、大小。電流大、梯度大，電磁力就大，熔體的熔點升高多，形成的“液珠”數(shù)量多、體積小，由于熔點升高多，而凝固點不
