敏捷熔断器选型阐明

2017-06-03 07:17分类：电子元器件阅读：

敏捷熔断器在大功率整流器中与整流管或晶闸管串联衔接，作为对整流器材短路缺点的维护元件。当整流器材发作反向击穿缺点时，敏捷熔断器敏捷分断缺点支路的短路电流，维护整流器免受缺点短路电流的损害。

1 大功率整流器的特征

大功率整流器能够电解铝用整流器为代表，在中国跟着单个电解槽产值的前进，电解铝的年产值已由十0kt添加到140kt，所以槽电压已由800V前进到1200V，槽电流已由160kA增至280kA，相应的整流变压器容量已前进到75～十0MVA。单台输出电流高达50～75kA的整流器，对整流管、敏捷熔断器也提出了更高的技能恳求。

图1为年产140kt电解铝用直流体系图，它由四组整流机组并联构成，其间一组为备用。每组整流变压器容量2×54.99MVA，向二台1220V、37kA整流设备供电。整流器选用三相桥式同相逆并联电路，每桥臂由4只ZP-4800V/4500A整流管并联构成，下面议论怎么选用适宜的敏捷熔断器进行维护。

图1 整流体系构造图

2 敏捷熔断器的选用

2.1 熔断器的额外电压UNF

UNF值应稍大于熔断器熔断后两头呈现的外加电压稳态最大有用值。对数台整流器并联作业的直流供电体系，当其间某一桥臂短路时，或逆变器中发作桥臂直通缺点时，施加在熔断器二端的电压为沟通电压UVO与有些直流电压Udo之和，可按下式核算[1]：

UNF>（三相桥式电路）

或UNF>（双反星形电路）

图1中整流变压器阀侧电压十50V，可选用1200V电压等级的敏捷熔断器。

2.2 熔断器的额外电流INF

INF的选用应以整流电路中实习流过熔断器的电流有用值IF为根底，并思考环境温度（系数ka），冷却条件（系数kT），电流裕度（系数kI）等要素影响进行核算，而不是按与熔断器串联的半导体器材的通态电流均匀值转化成有用值来核算。当流过熔断器的电流是脉冲波形时，应核算相应的有用值，而不是取其最大值。

INF≥IF·ka·kT·kI≥k·IF

式中：k值一般可取1.5～2。对自冷式熔断器，k取较大值，分外对熔断器两头衔接导线分外短的电路构造，需取最大值；对水冷式熔断器k取较小值。敏捷熔断器选用的额外电流过大，必定添加熔断器的I2tF值，对半导体器材的维护是有害的。

图1中每个整流桥臂有4个整流管并联作业，当均流系数按09思考时，则流过熔断器中的最大电流的有用值为

IFmax=·Id/2(0.9×3×4)=2970A

因为大电流敏捷熔断器选用水冷式构造，因而它的额外电流可选用INF=1.5IFmax≈4500A。当桥臂中一个整流管损坏后，流过熔断器的电流添加到3960A，仍可确保整流器额外电流的输出。

2.3 I2t值的核算

当半导体器材与敏捷熔断器串联作业时，半导体器材答应经过的I2tD值应大于敏捷熔断器的I2tF值，不然熔断器熔断时，器材也被烧损。二者联络可按下式核算

I2tF≤0.9I2tD

整流管的I2tD值随电流的倍数平方值添加，见表1。敏捷熔断器的I2tF值则添加更快，见表2。从表1、表2中能够看出，200A整流管可配315A熔断器作维护，而2000A整流管只能配用2200A以下熔断器作维护了。

表1 ZP型整流管的I2tD值（均匀值）

通态电流/A	200	400	600	800	十00	1600	2000
I2t/A2s	0.6×十5	2.2×十5	4.75×十5	8.5×十5	13.9×十5	35.5×十5	56.7×十5

表2 法国FERRAZ公司PSC系列（660V）敏捷熔断器的最大熔断I2tF值

额外电流有用值/A	315	630	900	1250	1600	2200	2800
最大熔断的I2t值/A2s	0.4×十5	2.8×十5	9×十5	11×十5	19×十5	50×十5	十0×十5

大功率整流器的桥臂中一般计划为2～6个整流管并联作业，如图1所示。当A相某整流管反向击穿构成变压器阀侧短路时，流过两个健全臂（B、C相）的电流幅值并不持平，B、C相电流幅值为A相短路电流幅值的50％～80％[2]。图2为1500V、2000A整流器中敏捷熔断器维护实验波形，它是在人工短接A相桥臂整流管（恰当于整流管反向击穿而构成桥臂短路）时摄影的变压器阀侧短路的有关波形图。从图2中看出，人工短接整流管支路的敏捷熔断器经9.9ms后分断（因为短路电流值较小，因而分断速度较慢），B、C相熔断器与整流管无缺，流过B、C相桥臂的短路电流幅值别离为12.3kA与11.0kA，为A相桥臂短路电流幅值的60％与54％。短路电流的幅值巨细与发作短路的时间（合闸角）及短路电路中的感抗X与电阻R值等要素有关。从这个观念思考，在多个整流管并联的桥臂中，敏捷熔断器的I2tF值答应大于串联衔接的整流管的I2tD值，但不宜相差太多。尽人皆知，熔断器的熔断能量I2tF是熔化能量I2t1与燃弧能量I2t2之和，即I2tF=I2t1＋I2t2，I2t1值约为（15～25）％I2tF。因而，在选用敏捷熔断器时，要避免流过健全臂中熔断器的I2t1值过大，不然会致使健全臂中熔断器热疲乏损坏及整流管的过载损坏。

图2 仿照整流管击穿短路时的有关波形图

熔断器的I2tF值与其计划参数，出产技能有关。因而，因为出产厂家纷歧样，计划参数纷歧样，出产技能纷歧样，国表里厂家出产的一样额外电压，额外电流的敏捷熔断器，却有着纷歧样的I2tF值。如西安西整熔断器厂出产的十00V，6000A敏捷熔断器老商品的I2tF值为76×十6A2s，而该公司的新商品RS-十00V/6000AP115SS型敏捷熔断器（十00V、6000A）的I2tF值为55×十6A2s，二者相差38％。因而，在计划大功率整流器时，关于具有一样电压和电流的敏捷熔断器应优先选用I2tF值较小的。

按上所述，关于图1中的大功率整流器选用敏捷熔断器时，应选用I2tF值为40×十6A2s，与ZP4800V/4500A整流管的I2tD比照，后者I2tD值为30×十6A2s，尚小于前者，但相差不大。因为桥臂上有四只整流管并联作业，这么选用敏捷熔断器是合理的，并且是牢靠的。

2.4 分断才干的核算

大功率整流器的整流变压器容量大，当变压器阀侧桥臂短路时，短路电流恰当大，整流器或直流电源体系计划时应核算桥臂短路电流值与直流侧短路电流值。被选用敏捷熔断器的分断才干应大于或许流过缺点支路熔断器的最大短路电流值，不然敏捷熔断器在分断短路电流时或许会发作瓷套迸裂、喷弧、乃至烧损整流器等景象。

文献[3]曾对图1所示整流电路的桥臂短路电流进行过核算，流过桥臂缺点整流管的稳态短路电流有用值IbD=186kA，直流侧短路时，短路电流均匀值IbDp1=十0.12kA。

在数台整流器并联的直流电源体系中，对三相桥式电路的桥臂熔断器核算其分断短路电流值时，能够核算整流变压器阀侧短路的稳态电流有用值。但对双反星型电路的整流器来说，流过缺点桥臂熔断器的短路电流除上述变压器阀侧短路的沟通重量外，尚包括别的并联整流器输入的直流电流重量，这时，敏捷熔断器应有更高的分断才干。曩昔国产敏捷熔断器的分断才干为50、70、十0kA数种，已不能习气大功率整流器配套的需求。如今，西安西整熔断器厂已研发成功RS4（H）系列高分断才干的敏捷熔断器，经世界闻名实验站实验，其分断才干抵达230kA（有用值），可满意大功率整流器配套的需求。

2.5 燃弧峰值电压

敏捷熔断器分断时，其断口发作的过电压为熔断器作业电压的2～2.5倍，为此要避免正常的半导体器材遭到损害。

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