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保险丝选型规范

发布时间:2019-07-10 责任编辑:wenwei

【导读】保险丝通电时因电流转换的热量会使熔体的温度上升,在负载正常工作电流或允许的过载电流时,电流所产生的热量和通过熔体,壳体和周围环境所幅射,对流和传导等方式散发的热量能逐步达到平衡;如果散热速度跟不上发热时,这些热量就会在熔体上逐部积蓄, 使熔体温度上升,一旦温度达到和超过熔体材料的熔点就会使它熔化,从而断开电流,起到安全保护的作用。
 
保险丝简述:
 
1.结构:在电路过电流保护元件中最常用的就是小型管状保险丝,它是由两端带有金属联接端子的管体和管内的金属熔体这两大主要部份所组成的,其外壳部份的作用是支撑和联接,大多数保险丝的外型是圆柱形的,即所称为管状的;关键的功能是由内部的熔体所决定的。
 
 2.功能:保险丝是串联在电路中的,一般要求其电阻要小(功耗要小), 因此当电路正常工作时,保险丝只相当于一根导线,能够长时间稳定的使用;由于电源或外部干扰而发生电流波动时,保险丝也能承受一 定范围的过载;只有当电路中出现较大的过载电流--故障或短路-- 时,保险丝才会动作,通过断开电流来保护电路的安全。
 
3.原理:保险丝通电时因电流转换的热量会使熔体的温度上升,在负载正常工作电流或允许的过载电流时,电流所产生的热量和通过熔体,壳体和周围环境所幅射,对流和传导等方式散发的热量能逐步达到平衡;如果散热速度跟不上发热时,这些热量就会在熔体上逐部积蓄, 使熔体温度上升,一旦温度达到和超过熔体材料的熔点就会使它熔化,从而断开电流,起到安全保护的作用。
 
保险丝的分类
 
1.按使用地区分: 由于世界各国各地区工业发展的不同起点和经历,至今对小型管 状保险丝的设计和应用还存在着很大的差异,目前被国际上比较认可 的主要有:欧洲规格;北美规格;日本规格:另外还有其他一些规格 仅在有限范围内应用。 
 
2.按熔断特性分: 根据不同应用要求,同一类型的保险丝被设计成好多种不同的熔 断特性,有此又可将保险丝分为:快熔断和慢熔断两大类,再细分还 有特快熔断;中速熔断和特慢熔断等。
 
3.按分断能力分: 从保险丝能够安全分断的最大电流的大小来分,保险丝可分为:高分断和低分断两大类以及介于两者之间的增强分断能力保险丝。 
 
4.按外形尺寸分: 管状保险丝的外形尺寸有很多种,比较最常用的有:Φ 6X30 (3AG);Φ5X20;Φ4X15(2AG);Φ3X10;Φ2X7 等 5.按结构型式分: 管状保险丝的端帽和熔体的焊接连接方式有两大类,它们是:管 内焊接和管外焊接。 
 
6.按联接方式分: 保险丝联接到电路中去的方式两大类:直接焊在电路板上(称为 PGT 式)的和通过其他连接件联接的。 
 
 7.其他分类: 按应用范围来分,管状保险丝可分为工业电器用和家用电器用;按应用行业来分,管状保险丝可分为仪表用,通讯用,电源用,照明 用,车用等。 按保险丝联接在电路中的位置来分,又有初级和次级保险丝。
 
保险丝相关参数及术语
 
1、额定电流(In)
 
标注在保险丝上的额定工作电流。该数值由制造商确定,为该保险丝所能载的电流。额定电流通常是标准推荐的档位,例如1,1.25,1.5,1.6,2等(单位:A)
 
2、额定电压(Un)
 
标注在保险丝上的额定电压,表示该保险丝可以被使用的最大工作电压。通常标准额定电压为32、63、125、250、600V。保险丝是对电流的变化而不是对电压的变化敏感。保险丝在从零到其最大额定值间的任何电压下都保持其原状,所以保险丝可以在小于其额定电压的任何电压下使用。
 
3、电压降(Ud)
 
额定电流下保险丝两端的电压降
 
4、冷电阻(R)
 
保险丝不工作时本身的电阻值。大部分保险丝是用正温度系数为材料制造的,因此,会有冷电阻和热电阻(额定电流下的电压降),实际的工作电阻位于其间。用不大于保险丝公称额定电流10%的测量电流可测得冷电阻。热电阻是根据保险丝上流过的值等于公称额定电流的电流时产生的。
 
5、环境温度
 
指直接环绕保险丝周围的空气温度,不应与室温相混淆。在许多实际场合,保险丝的温度相当高,例如保险丝安装在封闭空间,或者安装在其发热元件附近,如电阻、变压器、电感线圈等附近。
 
6、分断能力(Breaking Capacitor)
 
也称为致断容量或短路额定容量。是指在规定的电压下,保险丝能安全地切断的最大电流。当保险丝中可能通过的瞬时过载电流超过额定值时,保险丝会破碎或爆炸,引起危险。因此要求保险丝在保护动作后,还能够保持完整的状态(无爆裂、断裂)。保险丝的分断能力取决于保险丝的结构,低分断能力保险丝大部分都是玻璃壳体的,高分断能力保险丝通常有陶瓷壳体,其中许多还填充有纯净颗粒状石英材料。
 
7、 时间—电流曲线(Overload and Time-Current Curves)
 
是保险丝最重要的参数之一。当流过保险丝的电流超过额定电流时,保险丝被熔断,是一种过载状态。保险丝的时间-电流特性是过载电流和熔断时间之间的关系。时间—电流曲线是以平均数值为根据的。
 
时间电流特性-标准规格
 
8、公称熔化热能I2t
 
是选择保险丝最重要的参数之一,是使保险丝断开所需的能量值,是保险丝本身固有的参数,以I2t表示。I2t值是保险丝本身的一个参数,其决定因素是元件材料及保险丝元件的形状,与温度及电压无关。
 
9、 尺寸
 
除非另有规定,尺寸以毫米为单位。常用的管形保险丝外观尺寸有Φ6X30,Φ5X20,Φ3X10,Φ2X7;常用的表贴保险丝外观尺寸6.1X2.7X2.7,10.1X3.1X3.1等
 
选型要素及举例
 
1、额定电流
 
注意不同认证标准的电流降额,按照UL标准认证的降额是0.75,即实际稳态工作电流不应超过In的75%。按照IEC标准认证的是1.0,即实际稳态工作电流可以等于In。对于按照UL标准认证保险丝:在25℃条件下运行,工作电流不应超过保险丝的额定电流的75%,以避免有害熔断。例如,一个额定电流为10A的保险丝,通常不推荐在25℃环境温度下在大于7.5A的电流下运行。对于按照IEC标准认证保险丝:保险丝可以在额定电流下运行,实现保护。例如:额定10A保险丝,可以用于10A实际工作电流。
 
对于单板的工作电流,应注意是允许的最低电压下的电流。例如额定电压是-48—60V,允许20%的波动。如果单板在-48V时的工作电流是0.8A,由于单板的功率恒定,则在-38V的工作电压下的工作电流大约为1A。在选择保险丝时,就应该以1A作为单板的工作电流。在输入电压范围比较广的应用中,这一点要特别注意。
 
实际使用时还要考虑电源模块是否有欠压保护功能,比如-48V电源模块一般在-35V时欠压保护,但是有些电源模块没有欠压保护功能,比如华电AV10系列电源模块,实际在-12V时就可以工作了,这样将导致输入电流比正常情况下大3倍以上。
 
一般来说,供应商提供的可选电流规格少于标准推荐的档位,建议丛供应商现有的电流规格中选取,不推荐要求供应商进行另外的设计。
 
注意事项:UL列名认证和UL认可认证
 
2、额定电压
 
保险丝的额定值应等于或大于有效的电路电压。
注意事项:交流和直流电压的差别和选择
 
3、工作环境温度
 
保险丝的电流承载能力试验是在25℃环境温度下进行的,这种试验受环境温度变化的影响。环境温度越高,保险丝的工作温度就越高,其寿命也就越短。相反,在较低的温度下运行将延长保险丝的寿命。因此选择保险丝额定电流的时候,要根据保险丝实际工作环境温度调整。
 
举例:
 
某单板正常工作电流为1.5A,采用按照UL标准认证的慢熔断保险丝,在室温下工作,则:
 
选择保险丝In=正常工作电流/认证标准降额=1.5/0.75=2.0A(工作环境温度25℃)
 
若该保险丝在70℃高温的环境温度下工作,根据下图中的曲线A(传统的慢熔断保险丝),表明70℃时的温度降额为80%,在这种情况下,
 
选择保险丝In =正常工作电流/(认证标准降额*工作温度降额)=1.5/(0.75*0.8)=2.5A(工作环境温度70℃)
 
通过以上计算比较
 
保险丝选型规范
 
保险丝选型规范
图  环境温度对电流承载能力影响的曲型曲线图
 
其中:
 
曲线A:为传统的慢熔断保险丝的曲线;
 
曲线B:为特快熔断,快熔断和螺旋绕制的保险丝的曲线
 
表 常用温度电流对照表
 
表中的数据是常用的温度的降额(仅供参考):
 
保险丝选型规范
 
*指直接环绕保险丝周围的空气温度,不应与室温相混淆。在许多实际场合,保险丝的温度相当高,例如保险丝安装在封闭空间,或者安装在其发热元件附近,如电阻、变压器、电感线圈等附近
 
4、电压降和冷电阻
 
一般情况下,保险丝的电阻和额定电流成反比。选用保险丝的电阻越小越好,这样保险丝的损耗功率也比较小。保险丝的电压降是在直流额定电流下测试的,由于额定电流小的保险丝有比较大的电阻,因此对低压电力的影响也比较大,在选用小规格保险丝的过程中要注意电阻的影响。
 
5、时间-电流特性曲线
 
是选择保险丝最重要的依据之一。决定了保险丝能否有效的保护电路,在故障电流发生的时候,正确的熔断。每种型号保险丝的熔断特性都有[y1] 各自的时间电流曲线。曲线的横坐标是电流,纵坐标是熔断的时间。一般在选择的过程中,这条曲线作为参考,同时选用曲线中的关键点作为依据。关键点的选择是按照保险丝认证类别不同而不同的,UL认证保险丝一般选择110%In,135%In,200%In等关键点,IEC保险丝一般选择135%In,210%In,275%In等关键点,熔断时间和关键点的关系可以参考3.7中的介绍。在选择保险丝时需要确定被保护故障电流能够安全存在电路中的时间。
 
举例:某快熔保险丝按照IEC标准认证,额定电流5A。测得单板上出现某一故障时,流过保险丝的故障电流是10A,即200%In。根据该保险丝的时间电流特性曲线查到,在200%In的情况下,保险丝可能工作30分钟才会熔断。这时将保险丝短路,让被测单板在此故障电流下工作30分钟,结果出现了起火的情况,说明这个保险丝的选用是不合适的。在保险丝的熔断开始之前,被保护器件就出现了不安全的情况,没有达到保护的目的。
 
注意事项:快熔、慢熔型保险丝的差别和选择
 
6、分断能力等级
 
不同认证标准保险丝的分断能力不同,具体数据参见3.6中的内容。保险丝的额定分断能力必须满足或超过电路中的最大故障电流。当被保护系统是直接联接到电源输入电路和保险丝被置于电源输入部分时,一定要使用高分断能力保险丝。在大部分二次电路中,特别是电压低于电源电压时,选用低分断能力的保险丝就足以胜任了。
 
7、公称熔化热能I2t
 
对于保险丝必须承受高能电流的情况,即电流脉冲大而持续时间短,例如冲击电流、起动电流、涌入电流和其他类似的“脉冲”类型中的电路瞬变值,保险丝应能够承受此类高能电流的能量,不应发生异常断路。保险丝的公称熔化热能I2t的额定值是通过实验室测定的,每种规格的保险丝只有一个额定的公称熔化热能I2t。
 
在具体应用中,例如1000次脉冲[y2] 要求保险丝的额定公称熔化热能I2t降额38%使用,即额定I2t*38%应大于实际使用中可能出现的瞬间能量(脉冲)。对于循环脉冲次数超过1000次的,按照图4.8-3进一步降额计算。同时,由于同一编码下,不同供应商的I2t不同,因此要考虑额定I2t比较小的保险丝,也能够承受相应的脉冲能量。
 
对于公司目前使用的缓启动电路,需要根据实际测试情况,确定保险丝能否承受启动电流的冲击。可参见本文案例中的说明。
 
注意事项:冲击电流和脉冲
 
举例:
 
某种UL标准认证保险丝额定电压125V/1.0A,负载正常工作电流为0.75A,环境温度为25℃,快熔断类,能承受图4.8-1脉冲波形的100000次脉冲电流。
 
步骤一,计算脉冲I2t。
 
按照图4.8-2 典型脉冲波形能量计算公式选择典型波形E。代入波形E公式并计算结果如下:
 
脉冲I2t=(1/5)ip2t =(1/5)×82×0.004=0.0512A2Sec
 
步骤二,计算所需保险丝最小I2t
 
图4.8-3给出100000次脉冲时I2t的降额为22%。
 
所需保险丝最小I2t=脉冲I2t/0.22=0.0512/0.22=0.2327A2Sec
 
步骤三,检查该保险丝额定I2t为0.281A2Sec>0.2327A2Sec,即可以承受脉冲循环能量。同时,由于是UL标准规格,如前所述,额定电流的降额为25%,该保险丝也可适应0.75安培的正常工作电流。
 
 
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