在设计快熔时为满足半导体器件不断提高的额定电流,要采取许多措施,而不能简单地用算术方法来选择快熔。试验证明,当额定电流增加一倍时,快熔的I2t是原来的4倍,而半导体器件I2t值的增加要小得多。要快熔降低I2t有难度,只有多方面采取措施,如缩短熔体长度,降低内电阻;减少电弧栅,降低熔体气化电流值;提高灭弧材料的熄燃能力,在石英砂中加入钠盐、钾盐;适合粒度的纯净填料,以快速吸附金属蒸气;合理的熔片分布等等。
I2t是精选快熔的重要指标。
(5)寿命与可靠性。
快熔的寿命取决于设计、材料、制造工艺。设计改进:熔片由第一代的直片改进至现在的波浪形等
图6
图7
图8
图9
图10
有膨涨弯曲片;采用高纯度的石英砂;外壳由高频瓷改为导热良好的高强度的氧化铝瓷,玻璃纤维套管等。但无论如何改进,在长期电流波动荷载和电动力作用下,快熔经冷热周期性变化引起熔体金属老化,最后导致快熔故障运行,直至损坏。所以当快熔内电阻增加超过10%时,快熔应予更换。
熔体精度:熔体是由多个熔片并联组成的,是快熔的关键件。熔体狭径是多单元串联、并联的电路,狭径的均流是靠狭径的尺寸精度、材质精度来保证的,从而使熔体得以长期运行。加工精度不高的快熔由于熔片之间均流度差,运行时将发生狭径逐个熔断的情况,最终引起整个熔体非故障热熔化。从出厂产品的电阻分散性可作出初步判断,熔体电阻值的误差在±10%以内属于八十年代水平,误差达到±1%就有可能长期运行。
(6)隐形故障下的运行
快熔有许多连接件,焊接工艺尤其重要。焊接的好坏是由设备,工艺来保障的,用常规方法不易检测。一批内部虚焊的快熔可以在变流臂为多个半导体器件并联的电路中不断地改变支路间的均流状况,导致部分半导体器件长时间过载而引起损坏,此现象如果发生在大型电化用变流器上则是一个隐形故障,严重时可导致整个设备不能正常运行。
(7)分断后绝缘电阻的指标在新国标中没有要求,实际证明这是很重要的。九十年代大量的产品中加入了钾盐,钠盐以提高电弧栅的分断能力。而制造较差的快熔分断后绝缘电阻大多低于0.3MΩ,甚至有漏电现象,特殊情况下切断故障后经一段时间又重燃,这将引起更大故障。质量好的快熔(加钾盐、钠盐)分断后形成0.5MΩ以上的绝缘电阻。大多数快熔在分断10min.后能达到大于1~30MΩ的绝缘电阻。
典型的试验波形图与分析见图6-10。其中图6为低倍数电流5kA4In的分断波形图。分断后漏电、重燃。示波图分析:绝缘电阻不能快速生成,重燃,不能分断。图7为高倍数电流100kA25In分断波形图。未分断、重燃。示波图分析:分断后绝缘电阻不能继续增长而重燃,不能分断。图8为高倍数电流70kA100In分断波形图。分断没有限流。示波图分析:100In应在10ms内分断,燃弧后电流下降,2ms后电流重新上升至180°电相角时过零点没有熄弧,继续燃弧10ms分断。这是一例极为勉强的分断示波图,有可能造成多个半导体器件损坏,绝缘电阻0.5MΩ。图9为高倍数电流70kA100In分断波形图,分断。示波图分析:良好的弧前示波图,在59kA时开始燃弧,由两段曲线组成燃弧过程,电流下降斜率不同,表示分断已有些困难。绝缘电阻1MΩ。图10为高
倍数电流108kA54In分断波形图。分断。示波图分析:直线的示波图呈三角状,由弧前转变为燃弧时刻有明显的拐点,表示有较高的分断能力。绝缘电阻30MΩ。
4结论
本文介绍了快熔的结构和发展,分析了快熔的主要特性,得出选用快熔的基本原则是:
(1)确定电流通过能力;
(2)I2t值应小于被保护的半导体器件的I2t值;
(3)尽量低的暂态恢复电压;
(4)大于电路最大故障电流的分断能力;
(5)分断后的绝缘电阻>0.5~30MΩ;
(6)不使用有隐形故障的产品。