一文講清楚：熔斷器的各項(xiàng)性能參數(shù)

01    額定電壓UN

額定電壓是指保證熔斷器能夠長(zhǎng)期正常工作承受的電壓，通常就是熔體斷開(kāi)后，熔斷器所能承受的最大電壓，一般應(yīng)等于或大于被保護(hù)電氣設(shè)備的額定電壓。當(dāng)熔斷器在電壓等于或小于熔斷器額定電壓的電路中工作時(shí)，對(duì)其額定的短路電流可以進(jìn)行安全可靠地切斷。

熔斷器通過(guò)正常電流時(shí)，熔斷器兩端的電壓降很小，遠(yuǎn)低于其額定電壓，所以額定電壓通常不是選擇時(shí)主要的關(guān)注點(diǎn)，而是要關(guān)注其分?jǐn)嚯娏鞯闹笜?biāo)。比如，250V/5A的熔斷器可以用于125V/5A的電路中，但不可用于125V/10A的電路中。

為便于熔斷器的生產(chǎn)和使用，熔斷器的額定電壓通常按系列值設(shè)計(jì)，常見(jiàn)的有220V、380V、415V、500V、660V、1140V及更高電壓等。

02 額定電流IN

額定電流是指熔斷器能夠長(zhǎng)期工作，各部件溫升不超過(guò)規(guī)定值時(shí)所能承受的電流值。該參數(shù)確定的依據(jù)是熔斷器各部件的材料在該電流下不明顯老化。用于交流電路的熔斷器以額定頻率下的正弦波交流電流的有效值為計(jì)量基準(zhǔn)，而用于直流電路的熔斷器以穩(wěn)定的平均電流值為計(jì)量基準(zhǔn)。

一些用戶對(duì)該參數(shù)的理解和應(yīng)用把握不準(zhǔn)，常導(dǎo)致一些失誤。比如，有些設(shè)計(jì)人員常以為熔斷器的額定電流就是熔斷電流，而將需要熔斷的電流值作為所選熔斷器的額定電流，從而導(dǎo)致所選的熔斷器在過(guò)電流發(fā)生時(shí)無(wú)法熔斷，實(shí)現(xiàn)保護(hù)。又如，熔斷器的額定電流與熔體的額定電流不是一回事，一個(gè)熔斷器可以使用外形相同而額定工作電流不同的幾個(gè)熔體。在實(shí)際中，熔斷器的額定電流等級(jí)較少，熔體的額定電流等級(jí)較多，故只要熔體額定電流小于或等于熔斷器的額定電流，幾個(gè)不同額定電流的熔體可以使用同一個(gè)規(guī)格的熔斷器。

此外，熔斷器的額定電流只是其標(biāo)稱值，其對(duì)過(guò)電流的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間和動(dòng)作速度應(yīng)在查閱它的熔斷特性后確定。

為便于熔斷器的生產(chǎn)和使用，熔斷器的額定電流通常按系列值設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的低壓熔斷器系列有10A、25A、60A、100A、200A、400A、600A、1000A等。熔體的額定電流則有2A、4A、6A、8A、10A、12A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A、80A、100A、125A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A、1000A、1250A等多個(gè)值。如果電路實(shí)際工作電流值非上述系列值，熔斷器額定電流應(yīng)選擇最鄰近的較高值。

03    環(huán)境溫度

環(huán)境溫度指直接環(huán)繞熔體周圍的空氣溫度，不完全等同于室溫。很多情況下，熔體周圍的溫度即為室溫，但在不少應(yīng)用場(chǎng)合，即使在正常電流下，熔體周圍的溫度也并不等于室溫，這常是因?yàn)槿垠w安裝在其他發(fā)熱元器件，如電阻、變壓器等附近所導(dǎo)致。

環(huán)境溫度對(duì)熔斷器的動(dòng)作有直接影響。環(huán)境溫度越高，熔體在工作時(shí)就越熱，熔體壽命也就越短。IEC通常規(guī)定熔斷器的各項(xiàng)技術(shù)要求都是在室溫25℃條件下制定的。當(dāng)環(huán)境或工作溫度較高時(shí)，就需要考慮其對(duì)熔斷器的額定電流的影響，通常做法是進(jìn)行溫度修正。圖6-31所示為某公司對(duì)其熔斷器給出的溫度修正曲線。圖中橫軸為溫度，縱軸為溫度修正系數(shù)Tx。曲線A是慢速熔斷器修正曲線、曲線B是快速熔斷器修正曲線、曲線C是PTC熱敏電阻的修正曲線。首先針對(duì)熔斷器類型選定曲線，再根據(jù)環(huán)境溫度找到其對(duì)應(yīng)的縱軸修正系數(shù)Tx，然后將原選定的熔斷器額定電流除以Tx，見(jiàn)式（1-1），就得到考慮環(huán)境溫度后，應(yīng)選擇的熔斷器額定電流值。

I′N=IN/Tx    （1-1）

式中，I′N為環(huán)境溫度修正后的額定電流值（A）；IN為25℃時(shí)熔斷器額定電流（A）；Tx為環(huán)境溫度修正系數(shù)。

04 電壓降Ud/冷電阻R

熔斷器的電壓降是指通以直流額定電流，使熔斷器達(dá)到熱平衡后，熔斷器兩端的電壓值。熔斷器的冷電阻是指在小于額定電流10%條件下測(cè)得的電阻值。容易看出，熔斷器的電壓降Ud和冷電阻R兩者可以按式（4-1）互相換算，因此列在一處。

圖4-1 熔斷器的溫度修正曲線

Ud ≈ RIN     （4-1）

式中，Ud為熔斷器的電壓降（V）；IN為25℃時(shí)熔斷器額定電流（A）；R為熔斷器冷電阻（Ω）。

通常熔斷器的電壓降和冷電阻都很小，不是設(shè)計(jì)和選擇熔斷器的主要考慮因素，但在小電壓供電的應(yīng)用場(chǎng)合，熔斷器的電壓降就有可能產(chǎn)生較大影響，在極端情況下甚至能使電源無(wú)法輸出預(yù)期的電壓值，這一點(diǎn)在應(yīng)用時(shí)必須注意。

05    時(shí)間-電流特性—安秒特性曲線

時(shí)間-電流特性是熔斷器最主要的電性能指標(biāo)，它表明了熔斷器在不同過(guò)電流條件下熔斷的時(shí)間范圍，也是設(shè)計(jì)和選擇熔斷器的一個(gè)重要依據(jù)。每一種規(guī)格熔斷器的安秒特性都可以用一條連續(xù)曲線表示，不同類型的熔斷器具有不同形狀的安秒特性曲線，同一類型的熔斷器具有相似形狀的特性曲線。Littelfuse公司生產(chǎn)的某系列小型低壓熔斷器的四條安秒特性曲線，每一條曲線都代表了一個(gè)規(guī)格的熔斷器的熔斷特性，對(duì)應(yīng)每一個(gè)過(guò)電流值都可找到它的熔斷時(shí)間。

有時(shí)為便于查詢或利用，可以通過(guò)選取若干過(guò)電流值及其對(duì)應(yīng)的熔斷時(shí)間參數(shù)列成表來(lái)反映熔斷器的熔斷特性。由于熔斷器個(gè)體間存在一定加工精度的分散性，熔斷特性也呈現(xiàn)一定的分散性，在表中可以用一個(gè)范圍的值標(biāo)出。表5-1顯示了Littelfuse公司某系列小型熔斷器的熔斷特性。

表5-1 Littelfuse公司某系例小型熔斷器熔斷特性的表格形式

圖5-1 Littelfuse公司某系列小型低壓熔斷器的安秒特性曲線

06 分?jǐn)嗄芰F

分?jǐn)嗄芰κ侵溉蹟嗥髟陬~定電壓，不產(chǎn)生任何破壞性等規(guī)定條件下，可以安全切斷的最大電流值。分?jǐn)嗄芰κ侨蹟嗥髯钪饕陌踩笜?biāo)，也被稱為最大分?jǐn)嗄芰?、短路分?jǐn)嗄芰蜃畲蠓謹(jǐn)嚯娏?。?dāng)過(guò)載電流不超過(guò)熔斷器最大分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)，熔斷器不應(yīng)出現(xiàn)破碎、爆炸、噴濺，以及引起周圍人身或其他元器件燃燒、破壞等不安全現(xiàn)象。

熔斷器的分?jǐn)嗄芰κ苋垠w材質(zhì)、結(jié)構(gòu)的影響，也受熔斷器熄弧裝置、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)劣的影響。高熔點(diǎn)材料，如銀、鋁、銅等金屬熔體材料因汽化相對(duì)較少，分?jǐn)嗄芰?qiáng)些，而鉛、錫等低熔點(diǎn)材料因汽化相對(duì)較多，分?jǐn)嗄芰θ跣?。結(jié)構(gòu)大、機(jī)械強(qiáng)度好的熔斷器的分?jǐn)嗄芰σ蚕鄬?duì)的會(huì)強(qiáng)些。額定電流越大，熔斷器的分?jǐn)嗄芰υ礁?；額定電壓越高，分?jǐn)嗄芰t下降。此外，利用導(dǎo)熱性能好、機(jī)械強(qiáng)度高的陶瓷做外殼，比導(dǎo)熱性差些、易碎的玻璃做外殼的熔斷器分?jǐn)嗄芰?qiáng)些。有熄弧裝置的熔斷器，如填充石英砂、氣吹熄弧等裝置的熔斷器分?jǐn)嗄芰σ惨獜?qiáng)些。

對(duì)各種熔斷器來(lái)講，分?jǐn)嗄芰κ怯幸欢ㄒ蟮?。例如，IEC127標(biāo)準(zhǔn)就規(guī)定了低壓小型熔斷器需要達(dá)到的分?jǐn)嗄芰Υ笮　Ｔ诮涣?50V條件下，低分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥鳎↙BC）必須通過(guò)35A或10IN的大者；高分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥鳎℉BC）必須通過(guò)1500A；增強(qiáng)型分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥鳎∕BC）必須通過(guò)150A。通常，當(dāng)被保護(hù)負(fù)載直接連接到電網(wǎng)上時(shí)，在被保護(hù)負(fù)載的輸入電源線上應(yīng)使用高分段能力的熔斷器。在大部分二次電路中，特別是電壓低于電網(wǎng)或供電電源電壓時(shí)，選用低分?jǐn)嗄芰θ蹟嗥骶妥銐蛄恕?/p>

熔斷器的分?jǐn)嗄芰桶裁胩匦允瞧渥钪匾膬蓚€(gè)參數(shù)，都體現(xiàn)了過(guò)電流保護(hù)對(duì)熔斷器的要求。其中，安秒特性主要是為過(guò)載保護(hù)而應(yīng)用的，具有反時(shí)限特性，主要受最小熔化電流影響；分?jǐn)嗄芰χ饕菫槎搪繁Ｗo(hù)而應(yīng)用的，反映瞬時(shí)限流特性，主要受燃弧時(shí)間和限流作用的影響。

07 熔化熱能值I²t

對(duì)被保護(hù)設(shè)備來(lái)講，除負(fù)載本身的工作直流或工頻交流電流外，還存在其他形式的電流，如電源線上的雷擊浪涌電流、ESD電流以及被保護(hù)設(shè)備內(nèi)部容性、感性儲(chǔ)能元器件的開(kāi)關(guān)操作而形成的暫態(tài)電流，這些持續(xù)時(shí)間很短（常不大于10ms）的沖擊電流，有時(shí)也會(huì)流過(guò)熔斷器，如熔斷器選擇不當(dāng)，則有可能會(huì)造成熔斷器誤熔斷。又如，當(dāng)負(fù)載電流為脈沖形式的電流，即非直流或工頻交流波形，此時(shí)熔斷器額定電流的選擇需要進(jìn)行修正。針對(duì)上述過(guò)電流波形，熔斷器的熔化熱能值I²t就成為一個(gè)重要的參考指標(biāo)。

實(shí)際上，熔斷器的熔化熱能值I²t是熔斷器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的制造商應(yīng)提供的熔斷器的一個(gè)參數(shù)，有時(shí)也叫做熔斷器的焦耳積分值或清除I²t。該參數(shù)是指熔斷器在徹底斷開(kāi)過(guò)程中吸收的全部熱能。按照熔體開(kāi)斷的物理過(guò)程，由熔體熔化期間吸收的熱能和電弧形成與熄滅期間吸收的熱能兩部分構(gòu)成，即

熔化熱能值I²t = 熔化電流I²t + 電弧I²t    （7-1）

熔化電流I²t是指熔體從短路電流開(kāi)始到熔化，電弧開(kāi)始瞬間前的時(shí)間內(nèi)的焦耳熱量積分值，IEC標(biāo)準(zhǔn)將該參數(shù)稱為預(yù)電弧I²t。熔斷器的熔化電流I²t只與熔體的材料和幾何尺寸有關(guān)，有

熔化電流 I²t = ∫I²dt = AK    （7-2）

式中，A為熔體最小狹頸處的截面積；K為熔體材料的物理特性，為常數(shù)。

電弧I²t是指短路電流在電弧開(kāi)始瞬間到電弧最終熄滅的時(shí)間內(nèi)的焦耳熱量積分值。它與開(kāi)斷時(shí)的相角、供電電源電壓、短路電流大小、熔體的幾何尺寸、熄弧措施等有關(guān)。對(duì)低壓熔斷器來(lái)說(shuō)，電弧時(shí)間很短，電弧I²t可忽略。

熔化熱能值I²t有利于設(shè)計(jì)、選擇以及校核熔斷器對(duì)負(fù)載瞬時(shí)過(guò)電流、脈沖過(guò)電流的保護(hù)能力。由于上述參數(shù)理論計(jì)算較為復(fù)雜，通常由實(shí)際測(cè)量得到。表8-1為L(zhǎng)ittelfuse公司生產(chǎn)的某系列小型熔斷器包括熔化熱能值I²t在內(nèi)的參數(shù)表。

08 耐久性—壽命

通過(guò)合理選用熔體、外殼的材料、溫升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及老化設(shè)計(jì)，熔斷器的壽命可以很長(zhǎng)，在無(wú)故障的情況下幾乎可以與設(shè)備的壽命同步。對(duì)于實(shí)際熔斷器產(chǎn)品，其壽命最終需要試驗(yàn)來(lái)確定。

表8-1 Littelfuse公司某系列小型熔斷器包括熔化熱能值I2t在內(nèi)的參數(shù)表