大功率整流器中快速熔斷器的選型
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整流管的I2tD值隨電流的倍數(shù)平方值增加，見表1。快速熔斷器的I2tF值則增加更快，見表2。從表1、表2中可以看出，200A整流管可配315A熔斷器作保護(hù)，而2000A整流管只能配用2200A以下熔斷器作保護(hù)了。
表1 ZP型整流管的I2tD值（平均值）
| 通態(tài)電流/A | 200 | 400 | 600 | 800 | 1000 | 1600 | 2000 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I2t/A2s | 0.6×105 | 2.2×105 | 4.75×105 | 8.5×105 | 13.9×105 | 35.5×105 | 56.7×105 |
表2 法國FERRAZ公司PSC系列（660V）快速熔斷器的最大熔斷I2tF值
| 額定電流有效值/A | 315 | 630 | 900 | 1250 | 1600 | 2200 | 2800 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最大熔斷的I2t值/A2s | 0.4×105 | 2.8×105 | 9×105 | 11×105 | 19×105 | 50×105 | 100×105 |
大功率整流器的橋臂中通常設(shè)計(jì)為2～6個(gè)整流管并聯(lián)運(yùn)行，如圖1所示。當(dāng)A相某整流管反向擊穿形成變壓器閥側(cè)短路時(shí)，流過兩個(gè)健全臂（B、C相）的電流幅值并不相等，B、C相電流幅值為A相短路電流幅值的50％～80％[2]。圖2為1500V、2000A整流器中快速熔斷器保護(hù)試驗(yàn)波形，它是在人工短接A相橋臂整流管（相當(dāng)于整流管反向擊穿而形成橋臂短路）時(shí)拍攝的變壓器閥側(cè)短路的相關(guān)波形圖。從圖2中看出，人工短接整流管支路的快速熔斷器經(jīng)9.9ms后分?jǐn)啵ㄓ捎诙搪冯娏髦递^小，因此分?jǐn)嗨俣容^慢），B、C相熔斷器與整流管完好，流過B、C相橋臂的短路電流幅值分別為12.3kA與11.0kA，為A相橋臂短路電流幅值的60％與54％。短路電流的幅值大小與產(chǎn)生短路的時(shí)刻（合閘角）及短路電路中的感抗X與電阻R值等因素有關(guān)。從這個(gè)觀點(diǎn)考慮，在多個(gè)整流管并聯(lián)的橋臂中，快速熔斷器的I2tF值允許大于串聯(lián)連接的整流管的I2tD值，但不宜相差太多。眾所周知，熔斷器的熔斷能量I2tF是熔化能量I2t1與燃弧能量I2t2之和，即I2tF=I2t1＋I2t2，I2t1值約為（15～25）％I2tF。因此，在選用快速熔斷器時(shí)，要防止流過健全臂中熔斷器的I2t1值過大，否則會(huì)引起健全臂中熔斷器熱疲勞損壞及整流管的過載損壞。
圖2 模擬整流管擊穿短路時(shí)的相關(guān)波形圖
熔斷器的I2tF值與其設(shè)計(jì)參數(shù)，生產(chǎn)工藝有關(guān)。因此，由于生產(chǎn)廠家不同，設(shè)計(jì)參數(shù)不同，生產(chǎn)工藝不同，國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的相同額定電壓，額定電流的快速熔斷器，卻有著不同的I2tF值。如西安西整熔斷器廠生產(chǎn)的1000V，6000A快速熔斷器老產(chǎn)品的I2tF值為76×106A2s，而該企業(yè)的新產(chǎn)品RS-1000V/6000AP115SS型快速熔斷器（1000V、6000A）的I2tF值為55×106A2s，二者相差38％。因此，在設(shè)計(jì)大功率整流器時(shí)，對(duì)于具有相同電壓和電流的快速熔斷器應(yīng)優(yōu)先選用I2tF值較小的。
按上所述，針對(duì)圖1中的大功率整流器選用快速熔斷器時(shí)，應(yīng)選用I2tF值為40×106A2s，與ZP4800V/4500A整流管的I2tD相比，后者I2tD值為30×106A2s，尚小于前者，但相差不大。由于橋臂上有四只整流管并聯(lián)工作，這樣選用快速熔斷器是合理的，并且是可靠的。
2.4 分?jǐn)嗄芰Φ暮怂?
大功率整流器的整流變壓器容量大，當(dāng)變壓器閥側(cè)橋臂短路時(shí)，短路電流相當(dāng)大，整流器或直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)算橋臂短路電流值與直流側(cè)短路電流值。被選用快速熔斷器的分?jǐn)嗄芰?yīng)大于可能流過故障支路熔斷器的最大短路電流值，否則快速熔斷器在分?jǐn)喽搪冯娏鲿r(shí)可能會(huì)發(fā)生瓷套炸裂、噴弧、甚至燒損整流器等現(xiàn)象。
文獻(xiàn)[3]曾對(duì)圖1所示整流電路的橋臂短路電流進(jìn)行過計(jì)算，流過橋臂故障整流管的穩(wěn)態(tài)短路電流有效值IbD=186kA，直流側(cè)短路時(shí)，短路電流平均值IbDp1=100.12kA。
在數(shù)臺(tái)整流器并聯(lián)的直流電源系統(tǒng)中，對(duì)三相橋式電路的橋臂熔斷器核算其分?jǐn)喽搪冯娏髦禃r(shí)，可以計(jì)算整流變壓器閥側(cè)短路的穩(wěn)態(tài)電流有效值。但對(duì)雙反星型電路的整流器來說，流過故障橋臂熔斷器的短路電流除上述變壓器閥側(cè)短路的交流分量外，尚包含其余并聯(lián)整流器輸入的直流電流分量，這時(shí)，快速熔斷器應(yīng)有更高的分?jǐn)嗄芰?。過去國產(chǎn)快速熔斷器的分?jǐn)嗄芰?0、70、100kA數(shù)種，已不能適應(yīng)大功率整流器配套的需要。目前，西安西整熔斷器廠已研制成功RS4（H）系列高分?jǐn)嗄芰Φ目焖偃蹟嗥鳎?jīng)國際著名試驗(yàn)站試驗(yàn)，其分?jǐn)嗄芰_(dá)到230kA（有效值），可滿足大功率整流器配套的需要。
2.5 燃弧峰值電壓
快速熔斷器分?jǐn)鄷r(shí)，其斷口產(chǎn)生的過電壓為熔斷器工作電壓的2～2.5倍，為此要防止正常的半導(dǎo)體器件受到損害。
3 結(jié)語
快速熔斷器的選型應(yīng)綜合考慮額定電壓UNF、額定電流INF、最大熔斷I2t值、分?jǐn)嗄芰Φ葏?shù)，以做出最佳選擇。
評(píng)論