熔斷特性

由于以前的儀器設(shè)備的限制，對通電熔斷的時間的精密測量帶來很大的困難。這方面的研究很少，我們利用已經(jīng)普遍使用的數(shù)字存貯示波器，（頻率為60MHz，理論上說，時間測量可達1/60×10-6s，即幾十納秒）自行設(shè)計出一個實驗，對金屬絲的熔斷特性進行了研究，由于保證了時間的測量精度，取得了較好的結(jié)果。

熔斷特性理論研究

在理論上，無限大的空間，金屬絲熔斷可分為兩種熔斷，當提供給金屬絲熔斷的能量不是太大時，金屬絲熔為液態(tài)而斷開，稱為熔化熔斷；當提供給金屬絲熔斷的能量很大，金屬絲直接氣化成氣體而斷開，稱為氣化熔斷。我們只對前者進行研究。熔斷時間較長時，通電熔斷的計算非常復(fù)雜，在通電期間，既要考慮金屬絲獲得的電能所提供的能量使其溫度升高，又要考慮熱輻射，熱傳導(dǎo)，對流對能量的損失。而這些損失都是溫度和波長的涵數(shù)，還得考慮金屬絲的電阻隨溫度的升高而電流減小的影響等等。但當金屬絲熔斷時間較短時，可忽略金屬絲輻射熱量散失的影響，設(shè)經(jīng)過金屬絲熱傳導(dǎo)損失的熱量為Q1；金屬絲達到熔斷時的熱容熱量為Q2；電能提供金屬絲溫升的熱量為Q。

熔斷特性實驗儀器

數(shù)字存貯示波器(DS3062M)，多擋位大電流電源(DV-201)，數(shù)字萬用表(TD890)，自制的電子濾波大電流恒流源，自制的可調(diào)距離的接線柱，銅絲(d=0.075mm)，千分尺(0~25mm/0.01mm )，游標卡尺(0.02mm )等。

熔斷特性研究結(jié)論

金屬絲熔斷特性的實驗研究表明：熔斷電流的平方與熔斷時間成線性函數(shù)關(guān)系。實驗結(jié)果與理論計算符合得很好，因而理論計算中完全可以忽略掉金屬絲通電發(fā)熱的熱輻射的復(fù)雜影響。

在航天器研制過程中，多次發(fā)生因為電連接器插接錯誤或?qū)Ь€絕緣皮損傷導(dǎo)致導(dǎo)線承受過電應(yīng)力而燒毀的故障。導(dǎo)線燒毀問題在世界航空航天領(lǐng)域是共性問題，如NASA 就發(fā)表過關(guān)于導(dǎo)線燒毀的研究報告，資助了研究導(dǎo)線絕緣層燒毀特性的飛行實驗項目。

在理想條件下金屬導(dǎo)線熔斷的物理模型。該模型可以較好地表征在大氣環(huán)境或真空環(huán)境下單根、均勻直徑的銅絲的熔斷特性。然而實際應(yīng)用中的導(dǎo)線往往是多股銅絲絞合使用，且外層套有聚四氟乙烯保護層。在銅絲熔斷理想模型基礎(chǔ)之上，引入銅絲對周圍媒介的熱傳導(dǎo)系數(shù)，對銅導(dǎo)線的實際熔斷特性開展研究。

熔斷特性理論研究

在理想的銅絲熔斷模型中，主要考慮銅絲在通電過程中積累熱量，當局部熱量積累達到一定程度發(fā)生熔融，熔融局部銅絲由于重力脫離周圍銅絲即發(fā)生熔斷。其中，銅絲獲得的電能所提供的能量使其溫度升高，同時要考慮熱輻射和熱傳導(dǎo)、對流造成的能量損失，此外，還要考慮金屬絲的電阻隨溫度升高而增大等相關(guān)影響因素。但是當金屬絲熔斷時間較短時，可以忽略金屬絲熱輻射所散失的熱量，假設(shè)經(jīng)過金屬絲熱傳導(dǎo)損失的熱量為Q1；金屬絲達到熔斷時的熱容熱量為Q2；金屬絲熔斷熱量為Q3；電能提供金屬絲溫升的熱量為Q。

熔斷特性試驗

樣品選擇

航天型號及某些地面設(shè)備中大量采用AF-250AH 導(dǎo)線，本試驗采用AF-250AH 型19 芯鍍銀銅線絞合纏繞而成的多股銅導(dǎo)線，外部采用聚四氟乙烯薄膜繞包保護。該型號導(dǎo)線的最高耐壓值為1500 V，額定工作電流為3.3 A，最高工作溫度為250 ℃。其中單芯鍍銀銅絲的直為0.12 mm，導(dǎo)線的標稱截面積為0.2 mm2，外層絕緣保護皮的厚度約0.1 mm。

試驗環(huán)境

在大氣環(huán)境下，銅導(dǎo)線可以通過空氣向周圍傳導(dǎo)熱量。在真空環(huán)境下，銅導(dǎo)線向真空熱傳導(dǎo)效率下降，經(jīng)過電流過載后熱積累嚴重，與大氣環(huán)境條件下相比，熔斷閾值降低。本試驗結(jié)合導(dǎo)線在航天型號中的實際使用環(huán)境，分別選?。捍髿猸h(huán)境（25±5 ℃、1 個大氣壓）；真空環(huán)境（25±5 ℃、5×10-3 Pa）這2 種環(huán)境條件進行導(dǎo)線熔斷試驗。

試驗方法

截取50 cm 長的導(dǎo)線，連接大功率供電電源，采用恒流模式在大氣環(huán)境和真空環(huán)境下對導(dǎo)線分別施加額定工作電流I₀的整數(shù)倍電流。由于導(dǎo)線在施加5 倍額定工作電流時很難熔斷，但其絕緣層已失效[6]，所以設(shè)定的試驗電流分別為額定工作電流的5 倍、6 倍、7 倍、8 倍、9 倍。試驗中，對導(dǎo)線的熔斷時間進行監(jiān)測并記錄。

熔斷特性相關(guān)對比

根據(jù)擬合計算獲得的 kq 值，對比大氣環(huán)境和真空環(huán)境下AF-250 型導(dǎo)線的熔斷特性曲線，當導(dǎo)線在較短時間（t<20 s）內(nèi)發(fā)生熔斷時，兩種環(huán)境條件下所需的熔斷電流密度相差較小，表明無論何種環(huán)境條件下導(dǎo)線都還來不及向外界散熱，熔斷導(dǎo)線的熱量主要來自于導(dǎo)線自身通電產(chǎn)生的電阻熱，因此kq 對熔斷特性的影響相對較小。但隨著熔斷時間的增加，由于kq 的影響，在2 種環(huán)境條件下所需的熔斷電流密度差距增大。

無論是在大氣還是真空環(huán)境下，隨著熔斷時間的增加，所需的熔斷電流密度值均趨于一個定值，大氣環(huán)境下約為1.07 A/mm2，真空環(huán)境下約為0.647 A/mm2。該穩(wěn)定電流密度值即為導(dǎo)線在長期通電條件下不發(fā)生熔斷的最低電流密度值。在實際使用過程中，每種導(dǎo)線都存在一個最高安全工作電流值，在任何條件下都必須保證導(dǎo)線中的電流不能超過該電流值。

熔斷特性結(jié)論

單芯銅導(dǎo)線在理想環(huán)境下的熔斷具有成熟的理論模型。分析傳熱學(xué)和實驗傳熱學(xué)相結(jié)合，在銅絲熔斷理論模型基礎(chǔ)之上，引入多股銅絲等效直徑的概念對理論模型進行修正，獲得了實際應(yīng)用中的多股絞合銅線的熔斷特性；并采用試驗獲得的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)對物理模型進行修正，獲得了有絕緣保護層的多股銅線的熔斷特性。研究結(jié)果可為安全使用安裝銅導(dǎo)線提供參考。

廣泛采用防止短路的裝置———保險絲、保險管，這些保險裝置都是用金屬絲金屬片制成。保險的基本原理是電流增大到某一值時，金屬絲金屬片溫度升高到其熔斷溫度而熔斷，從而切斷電流，達到短路保護的目的。這一過程顯然是一個熱學(xué)過程，熔斷時間的滯后是其特點。在一些電氣輸電工程中，由于設(shè)計不當或者出現(xiàn)意外情況也會出現(xiàn)金屬的熔斷。隨著社會的進步，對電氣工程施工和電氣設(shè)備使用的要求也越來越高。因而也對短路保險的時間提出了較高要求。如彩電需要延時保險，另一些則需要快速熔斷保險等等。顯然對金屬絲熔斷特性的研究具有特別重要的意義。

電氣強度機組運行中除受到正常工作電壓長期作用外，有時還受到大氣過電壓和內(nèi)部過電壓的瞬時作用，因此線圈絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計時絕緣的擊穿電壓應(yīng)比額定電壓高5~8倍以上。為了檢查絕緣結(jié)構(gòu)的缺陷，在制造過程中要進行多次工頻耐壓試驗。每進行一次就會在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一定的細微劣化痕跡，使其電氣強度有所下降，下降強度與外施電場強弱及其作用時間有關(guān)，此即所謂積爪效應(yīng)。由于絕緣內(nèi)部電離放電量是與頗率成正比的，因此采用超低頻或直流耐壓試驗，對絕緣電氣性能的影響要小得多。

機械性能發(fā)電機在自同步合閘或突然短路時，都會產(chǎn)生強大的沖擊短路電流，使定子繞組槽部和端部受到強大電動力作用，因此要求繞組具有一定的機械強度，能夠承受一定的機械應(yīng)力。熱老化發(fā)電機運行要求線圈的絕緣在工作沮度的長期作用下不易老化，不降低絕緣性能。介質(zhì)損失在工作溫度和電壓的作用下線圈絕緣的介質(zhì)損失要小，以防止由介質(zhì)損失產(chǎn)生的附加熱t(yī)，加速絕緣的老化，以致?lián)p壞絕緣。耐電暈在高電場作用下，在絕緣表面電場分布不均勻的部位(如端部出槽口及通風(fēng)槽口)，氣體易發(fā)生局部電離而產(chǎn)生臭氧，在奧氧、水氣及氮的氧化物的聯(lián)合作用下使絕緣受到腐蝕，從而降低絕緣的介電及機械性能。

因此，高電壓電機的絕緣應(yīng)該有較高的耐電暈?zāi)芰Αhullunfodlonl一Jueyuon水輪發(fā)電機絕緣(insulationofhydrogen-erator)電機絕緣包括股間、層間、排間、匝間和對地絕緣與防暈層。端部的各種支撐或固定用的絕緣構(gòu)件以及連接線和引出絕緣.在長期運行過程中，由于受到電、熱、機械力的作用和不同環(huán)境條件的影響，使繞組絕緣逐漸老化，因此繞組絕緣應(yīng)具有產(chǎn)品所要求的耐熱等級、足夠的電氣強度、優(yōu)良的機械性能和良好的工藝。 2100433B