熔断器的主要缺点和弱点

问题的提出
“都什么年代了，还使用熔断器！”“熔断器已经过时了！”这话似乎很有道理，但又是一个实际面对的技术问题。真的，近十多年来，无论是工业建筑、民用建筑和户外装置的低压配电系统设计中，使用低压熔断器越来越少，大多数甚至千篇一律地使用低压断路器；与之相对应的是低压配电箱中装设熔断器的也大大减少。在低压配电系统保护电器的应用中，笔者认为这是一个不正确的或不全面的认识。因此，有必要对熔断器和断路器（以下均指低压）进行一些比较和分析，以能更正确、合理地选用这两种保护电器。
2.配电线路保护和保护电器的发展
2.1配电线路保护要求
低压配电线路，为了防护在发生故障（如过载、短路和接地故障）时危及人身安全（间接接触导致的电击），或是线路过热而导致损坏甚至引起电气火灾，配电线路应有必要的防护措施，以保护线路安全和用电安全。由于低压配电线路遍布各种建筑以致户外各处，发生故障的几率大，而且有大量非专业人员可能接触，更显得这种防护特别重要。最主要的防护措施就是在各级配电线路装设保护电器，以保证在电路发生故障时，能有效地断开故障电路。这些保护应符合GB50054-95《低压配电设计规范》的有关规定。为此，各级线路不仅要设置保护电器，还必须要正确整定其参数，以保证在规定的时间内可靠切断故障；还要求应有选择地切断电路，即要求最靠近故障点的保护电器动作，而其上级的保护电器不动作，以使得切断电路的范围最小。
2.2保护电器的类型和发展保护电器主要有两种：一是断路器，二是熔断器。断路器类型很多，从与本文相关的保护特性看，有非选择型和选择型断路器两大类；此外，还有带漏电防护的断路器。这些保护电器各有自身的特点，自然也有其不足之处，应根据配电系统各自的具体条件和要求选用，不能简单的用先进或落后给予评价。
在当今世界，特别是一些发达国家，断路器产品和技术发展十分迅速，不断研制出更新型、保护功能更完善的断路器。近十年来，差不多每十年左右更新换代一次，一直到推出功能完善、具有通信模块的智能型断路器，为配电线路防护提供了性能极佳的保护电器。近20年来，我国电器工业发展十分迅速，断路器产品紧跟国际先进技术潮流，研制了多种智能型断路器，为配电线路提供了更完善的保护功能。但是，在欧美一些发达国家，并没有因为断路器的快速发展而淘汰熔断器，也没有把熔断器视作落后或过时的产品。据知，在德、法等国家如西门子、溯高美等电器公司，不但仍生产熔断器，还继续研制新的产品，技术上也不断进步。从这些方面说明：断路器是先进的保护电器，而熔断器也绝非过时或落后的产品。应该说，两者相辅相成，各有自己的应用范围。
3.熔断器和断路器的比较现就熔断器和断路器的保护性能和其他特点进行比较，断路器则按非选择型和选择型两类分别叙述。
3.1熔断器
（1）熔断器的主要优点和特点
①选择性好。上下级熔断器的熔断体额定电流只要符合国标和IEC标准规定的过电流选择比为1.6：1的要求，即上级熔断体额定电
流不小于下级的该值的1.6倍，就视为上下级能有选择性切断故障电流；
②限流特性好，分断能力高；
③相对尺寸较小；
④价格较便宜。
（2）熔断器的主要缺点和弱点
①故障熔断后必须更换熔断体；
②保护功能单一，只有一段过电流反时限特性，过载、短路和接地故障都用此防护；③发生一相熔断时，对三相电动机将导致两相运转的不良后果，当然可用带发报警信号的熔断器予以弥补，一相熔断可断开三相；
④不能实现遥控，需要与电动刀开关、开关组合才有可能。
3.2非选择型断路器
（1）主要优点和特点
①故障断开后，可以手操复位，不必更换元件，除非切断大短路电流后需要维修；
②有反时限特性的长延时脱扣器和瞬时电流脱扣器两段保护功能，分别作为过载和短路防护用，各司其职；
③带电操机构时可实现遥控。
（2）主要缺点和弱点
①上下级非选择型断路器间难以实现选择性切断，故障电流较大时，很容易导致上下级断路器均瞬时断开；
②相对价格略高；
③部分断路器分断能力较小，如额定电流较小的断路器装设在靠近大容量变压器位置时，会使分断能力不够。现在有高分断能力的产品可以满足，但价较高。
3.3选择型断路器
（1）主要优点和特点
①具有非选择性断路器上述各项优点；
②具有多种保护功能，有长延时、瞬时、短延时和接地故障（包括零序电流和剩余电流保护）保护，分别实现过载、断路延时、大短路电流瞬时动作及接地故障防护，保护灵敏度极高，调节各种参数方便，容易满足配电线路各种防护要求。另外，可有级联保护功能，具有更良好的选择性动作性能；
③现今产品多具有智能特点，除保护功能外，还有电量测量、故障记录，以及通信借口，实现配电装置及系统集中监控管理。
（2）主要问题
①价格很高，因此只宜在配电线路首端和特别重要场所的分干线使用；
②尺寸较大。
4.配电线路特点和保护电器选型
4.1配电线路特点和对保护电器的要求
（1）配电系统通常有树干式和放射式两类，还有两者的混合系统。一般树干式系统的干线较长，对保护电器要求较高，往往需要高档保护电器，即选择型断路器。
（2）配电线路可分为主干线、分干线和末端线路三种。主干线是从变电所低压配电屏引出的馈电线，当为树干式线路，此干线容量很大时，通常使用母干线。
（3）末端线路是直接连接用电设备，短路或接地故障时，要求尽快甚至瞬时切断电路，无选择性要求。
4.2配电线路故障特点
（1）短路和接地故障，发生在末端回路多，大约占到90%以上，特别是插座回路更是如此，原因是插头、插座和移动电器及其导线和接头等较容易出故障；
（2）就故障类型而言，接地故障多，相间短路少，前者约占80%~90%；
（3）电动机等设备的末端回路，通常是过载多，短路故障较少，电动机的过载约占80%以上，而过载是用热继电器保护的，不会使熔断器、断路器动作。
4.3保护电器选型方案根据前面叙述的电路故障特点和几种保护电器性能的比较，提出保护电器选型方案的建议。本文只论述熔断器和断路器的选型方案，而不涉及保护电器参数的整定。（1）以下位置应选用选择型??的总开关；
②变电所低压配电屏引出的母干线，或引出的电流容量较大（如500A以上）的树干式线路的保护；
③重要场所的低压配电屏引出的电流容量较大（如300A以上）的放射式线路保护。
（2）以下位置可选用非选择型断路器
①末端回路的保护；
②靠近末端回路的上一级分干线的保护，当供给用电设备不多，且偶然停电影响不太大时。（3）以下位置宜选用熔断器
①配电线路中间各级分干线的保护；
②变电所低压配电屏引出的电流容量较小（如300A以下）的主干线的保护；
③有条件时也可用作电动机末端回路的保护，但此处不宜选用gG型熔断器（即全范围分断、一般用途的熔断器），而应选用aM型熔断器（即部分范围分断、电动机保护用熔断器）。因aM型熔断器选用的熔断体额定电流比gG型小得多，有利于提高保护灵敏性，也避免了使上级保护电器选的过大。
（4）保护电器选型综合方案
各级线路保护电器选型建议列于表1
注：1）选—选择型断路器，熔—熔断器（aM熔为aM型），非选—非选择型断路器2）括号内为可选方案
5.关于合理应用熔断器的建议
（1）正确认识熔断器在配电线路保护的作用和地位，熔断器和断路器各有其特点，在不同条件下发挥作用。
（2）修订熔断器产品标准。现行熔断器国家标准GB13539.1-92和GB13539.2-92是1992年颁布实施的，系等效采用IEC269标准，IEC已于1998年和1999年修订了该标准，建议及时修订该国标，使熔断器标准跟上国际先进水平。
（3）努力提高熔断器产品水平。由于对熔断器应用的一些不正确理解和其他原因，近年来该产品市场不景气，一些企业技术进步较少。希望能按新的IEC标准和新修订国标，必要时引进国外先进技术，生产更高水平、更多品种的产品，如aM系列熔断器等产品。
（4）低压配电成套装置和配电箱，应有一定数量的熔断器方案，以供配电设计人员和用户选用。