大功率整流器中快速熔斷器的選型

整流管的I²t_D值隨電流的倍數(shù)平方值增加，見(jiàn)表1。快速熔斷器的I²t_F值則增加更快，見(jiàn)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I²t_D值（平均值）

表2 法國(guó)FERRAZ公司PSC系列（660V）快速熔斷器的最大熔斷I²t_F值

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(guò)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(guò)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I²t_F值允許大于串聯(lián)連接的整流管的I²t_D值，但不宜相差太多。眾所周知，熔斷器的熔斷能量I²t_F是熔化能量I²t₁與燃弧能量I²t₂之和，即I²t_F=I²t₁＋I²t₂，I²t₁值約為（15～25）％I²t_F。因此，在選用快速熔斷器時(shí)，要防止流過(guò)健全臂中熔斷器的I²t₁值過(guò)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(guò)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I²t_F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(guó)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I²t_F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I²t_F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I²t_F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I²t_F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I²t_F值為40×10⁶A²s，與ZP4800V/4500A整流管的I²t_D相比，后者I²t_D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(guò)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(guò)計(jì)算，流過(guò)橋臂故障整流管的穩(wěn)態(tài)短路電流有效值I_bD=186kA，直流側(cè)短路時(shí)，短路電流平均值I_bDp1=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(lái)說(shuō)，流過(guò)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Α＿^(guò)去國(guó)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?，?jīng)國(guó)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(guò)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(yǔ)

快速熔斷器的選型應(yīng)綜合考慮額定電壓U_NF、額定電流I_NF、最大熔斷I²t值、分?jǐn)嗄芰Φ葏?shù)，以做出最佳選擇。