【电工材料】从熟悉的熔断器,了解熔体材料
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发布时间：2022-09-22 05:47
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时间：2023-11-24 06:36
在工厂工作的人不会陌生，原来的电力设备中，包括电机试验设备中，都会配有大大小小的熔断器，我们习惯称之为保险丝。Ms.参今天从熔断器为切入点，和大家分享一下与之直接相关的熔体材料。
1什么是熔断器
熔断器是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。
2熔断器涉及到的熔体材料
熔断器中，随着银价的上涨，银熔体的成本已占整只熔断器成本价一半以上，对快速熔断器来说，迫切希望寻找能替代纯白银的熔体材料，经过多年模索论证，证实在一定规格范围内，完全可以以铝熔体替代银熔体。
在快速熔断器中，进行以铝代银后，经过初步核算，铝熔体材料成本价将是纯银熔体的五十分之一左右。其次，若在熔体保证动作特性关键部分仍为银材，主要担负散热功能部分进行以铜代银，80年代起，一些熔断器生产厂曾行该项目研究，最终制出了银-铜复合带。复合带中银、铜部分的尺寸由要制作的熔体尺寸而定。一般说，熔断器的电流规格越大，用它制作熔体，其成本下降越多。在快速熔断器行业，新型熔体材料研制成功，将提高它与直流快速开关等各种保护电器的竞争能力。
从灭弧性能和经济效益衡量，铜质熔体的优点很多，若能改善抗氧化能力和高温度下才能熔化的缺点，那末铜质熔体的应用范围还会扩大，现采用新开拓的锡镉合金、半导体确代替原来的纯锡或铝锡合金等治金效应材料将进一步降低铜熔体的熔化系数和工作温升，确保产品在分断小过载电流时，动作特性的稳定性。在全范围熔断器中，不仅在熔体的适当位置覆上治金效应材料，而且在治金效应点附近还要套上聚四氟乙烯或聚乙烯制成的产气灭弧管。日本制作的高压全范围熔断器，其中的熔体是用金硅合金制造。
3熔体材料的品种、特性及技术性能参数
熔体材料的品种与特性熔体材料基本上可分为纯金属熔体材料；共晶型低熔点合金熔体材料；高电阻率合金熔体材料如镍铬丝、康铜丝以及复合熔体材料如银一铜复合带等。
● 银
银是最好的熔体材料，它具有高的电导率和热导率，用它制作的熔体对触刀的热传导好，因此正常工作条件下，熔断器的温升就低，这样就能较容易地设计出对短路电流高度敏感的熔断器（快速熔断器)。银又具有好的抗蠕变强度和抗疲劳强度，所以银熔体寿命长。在高温下，银也会氧化，但其氧化膜电导率高，而且在高于180℃的温度下能分解成纯银，试验证明，银熔体的最高工作温度可达500℃。
此外，银还具有良好的机械加工性能，容易进行精密冲压，用它制造的熔体尺寸精度好，因而熔断器的熔化特性分散性就小，一般高质量、高精度的产品多采用银材为熔体。银在受热过程中能与其他金属形成共晶而不致损坏其稳定性，因此银与触刀或导电板间的连接性好，银与石英砂的相容性也好，从性能上讲，银是最合适的熔体材料，但属贵重金属，价格昂贵，银资源缺乏是世界性的问题。
根据德国地质研究院和美国采矿工业部研究报告所列数据，西方世界的白银储存量，按目前的消耗水平，使用期限不超过30年。我国银资源亦甚缺乏，从70年代后期起，在熔断器行业进行了以铝代银等节银研究，目前已逐步采用铝或银铜复合材料代替白银作熔体材料。
● 铜
铜具有与银最相近的物理性能，故也广泛被用作熔体材料，但铜质熔体在空气中容易被氧化，而且氧化膜不导电，温度应力和机械应力虽能破坏氧化膜，但老的氧化膜一旦开裂或剥落，新的氧化膜又会生成，导致严重锈蚀，因此铜质熔体的使用寿命远不如银质熔体。其次，铜质熔体对周期性变化的负载特别敏感，在周而复始的负载电流作用下，铜质熔体到熔化所需要的时间要比它连续通以同样电流所需要的时间短得多。若铜质熔体置于石英砂中，情况稍有改善，因为温度沿熔体上的分布将变得较均匀。
通过对不同表面处理工艺的铜质熔体在各种温度（650℃及以下）氧化情况的试验研究，认为用镀银方法也不能使铜质熔体免遭氧化腐蚀，而且铜的热电常数比较大，因此铜不宜作快速熔断器的熔体，但用铜作一般线路和电力设备保护用的熔断器熔体还是很经济的，一则铜的价格比银便宜得多(接近1/50），而且铜也具有优良的精加工性能和良好的电导率和热导率，使用时在熔体的适当位置添加低熔点的合金点就可解决铜材熔点高的问题。
