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　　怎样选择适合的大功率整流器快速熔断器的型号 　　快 速 熔 断 器 在 大 功率 整 流 器 中 与 整 流 管 或 晶 闸 管 串 联 连 接 ， 作 为 对 整 流 器 件 短 路 故 障 的 保 护 元 件 。 当 整 流 器 件发 生 反 向 击 穿 故 障 时 ， 快 速 熔 断 器 快 速 分 断 故 障 支 路 的 短 路 电 流 ， 保 护 整 流 器 免 受 故 障 短 路电 流 的 危 害 。 　　整流 器 为 代 表 ， 在 我 国 随 着 单 个 电 解 槽 产 量 的 提 高 ， 电 解 铝 的 年 产 量 已 由 100 kt增 加 到 140 kt， 于 是 槽 电 压 已 由 800 V提 高 到 1 200 V， 槽 电 流 已 由 160 kA增 至 280 kA， 相 应 的 整 流 变 压 器 容 量已 提 高 到 75～ 100 MVA。 单 台 输 出 电 流高 达 50～ 75 kA的 整 流 器 ， 对 整 流 管 、快 速 熔 断 器 也 提 出 了 更 高 的 技 术 要 求 。 　　UNF值 应 稍 大 于 熔 断 器 熔 断 后 两端 出 现 的 外 加 电 压 稳 态 最 大 有 效 值 。 对 数 台 整 流 器 并 联 运 行 的 直 流 供 电 系 统 ， 当 其 中 某 一 桥臂 短 路 时 ， 或 逆 变 器 中 发 生 桥 臂 直 通 故 障 时 ， 施 加 在 熔 断 器 二 端 的 电 压 为 交 流 电 压 UVO与 部 分 直 流 电 压 Udo之 和 ， 可 按 下 式 计 算 [1]： 　　INF的 选 用 应 以 整 流 电 路 中 实 际流 过 熔 断 器 的 电 流 有 效 值 IF为 基 础 ， 并 考 虑 环 境 温 度 ( 系 数 ka) ， 冷 却 条 件 ( 系 数 kT) ， 电 流 裕 度 ( 系数 kI) 等 因 素 影 响 进 行 计 算 ， 而 不 是 按 与 熔 断 器 串 联 的 半 导 体 器件 的 通 态 电 流 平 均 值 转 化 成 有 效 值 来 计 算 。 当 流 过 熔 断 器 的 电 流 是 脉 冲 波 形 时 ， 应 计 算 相 应的 有 效 值 ， 而 不 是 取 其最 大 值 。 　　INF≥ IF· ka· kT· kI≥ k· IF 　　式 中 ： k值 一 般 可 取 1.5～ 2。 对 自 冷 式 熔 断 器 ， k取 较 大 值 ， 尤 其 对 熔 断 器 两 端 连 接 导 线 特 别 短 的 电 路 结 构 ， 需 取 最 大值 ; 对 水 冷 式 熔 断 器 k取 较 小 值 。 快 速 熔 断 器 选 用 的 额 定 电 流 过 大， 势 必 增 加 熔 断 器 的 I2tF值 ， 对 半 导 体 器 件 的 保 护 是 有 害 的 。 　　图 1中 每 个 整 流 桥 臂 有 4个 整 流 管 并 联 工 作 ， 当 均 流 系 数 按 0 9考 虑 时 ， 则 流 过 熔 断 器 中 的 最 大 电 流 的 有 效 值 为 　　由 于 大 电 流 快 速 熔 断 器 采 用 水 冷 式 结 构 ， 因 此 它 的 额 定 电 流 可选 用 INF=1.5IFmax≈ 4 500 A。 当 桥 臂中 一 个 整 流 管 损 坏 后 ， 流 过 熔 断 器 的 电 流 增 加 到 3 960 A， 仍 可 保证 整 流 器 额 定 电 流 的 输 出 。 　　当 半 导 体 器 件 与 快 速 熔 断 器 串联 工 作 时 ， 半 导 体 器 件 允 许 通 过 的 I2tD值 应 大 于 快 速 熔 断 器 的 I2tF值 ， 不 然 熔 断 器 熔 断 时 ， 器 件 也 被 烧 损 。 二 者 关 系 可 按 下 式 计 算 　　I2tF≤ 0.9I2tD 　　整 流 管 的 I2tD值 随 电 流 的 倍 数 平 方 值 增加 ， 见 表 1。 快 速 熔 断 器 的 I2tF值 则 增加 更 快 ， 见 表 2。 从 表 1、 表 2中 可 以 看 出 ， 200 A整 流 管 可 配 315 A熔 断 器 作 保 护 ， 而 2 000 A整 流 管 只 能配 用 2 200 A以 下 熔 断 器 作 保 护 了 。 　　大 功 率 整 流 器 的 桥 臂 中 通 常 设 计 为 2～ 6个 整 流 管 并 联 运 行 ， 如 图 1所 示 。 当 A相 某 整 流 管 反 向 击 穿 形 成 变 压 器 阀 侧 短 路 时 ， 流 过 两 个 健 全 臂 ( B、 C相 ) 的 电 流 幅 值 并 不 相 等 ， B、 C相 电 流 幅 值 为 A相短 路 电 流 幅 值 的 50% ～ 80% [2]。 图 2为 1 500 V、 2 000 A整 流 器 中 快 速 熔 断 器 保 护 试 验 波 形 ， 它 是 在 人 工 短 接 A相 桥 臂 整 流 管 ( 相 当 于 整 流 管 反 向 击 穿 而 形 成 桥 臂 短 路 ) 时 拍 摄 的 变压 器 阀 侧 短 路 的 相 关 波 形 图 。 从 图 2中 看 出 ， 人 工 短 接 整 流 管 支 路的 快 速 熔 断 器 经 9.9 ms后 分 断 ( 由 于 短 路 电 流 值 较 小 ， 因 此 分 断速 度 较 慢 ) ， B、 C相 熔 断 器 与 整 流 管完 好 ， 流 过 B、 C相 桥 臂 的 短 路 电 流 幅值 分 别 为 12 3 kA与 11 0 kA， 为 A相桥 臂 短 路 电 流 幅 值 的 60% 与 54% 。 短路 电 流 的 幅 值 大 小 与 产 生 短 路 的 时 刻 ( 合 闸 角 ) 及 短 路 电 路 中 的 感 抗 X与电 阻 R值 等 因 素 有 关 。 从 这 个 观 点 考 虑 ， 在 多 个 整 流 管 并 联 的 桥 臂中 ， 快 速 熔 断 器 的 I2tF值 允许 大 于 串 联 连 接 的 整 流 管 的 I2tD值 ， 但 不 宜 相 差 太 多 。 众 所 周 知 ， 熔 断 器 的 熔 断 能 量 I2tF是 熔 化 能 量 I2t1与 燃 弧 能 量 I2t2之 和 ， 即 I2tF=I2t1+ I2t2， I2t1值 约 为 ( 15～ 25) % I2tF。 因 此 ， 在 选用 快 速 熔 断 器 时 ， 要 防 止 流 过 健 全 臂 中 熔 断 器 的 I2t1值 过 大 ， 否则 会 引 起 健 全 臂 中 熔 断 器 热 疲 劳 损 坏 及 整 流 管 的 过 载 损 坏 。 　　熔 断器 的 I2tF值 与 其 设 计 参 数 ， 生 产 工 艺 有 关 。 因 此 ， 由 于 生 产 厂 家不 同 ， 设 计 参 数 不 同 ， 生 产 工 艺 不 同 ， 国 内 外 厂 家 生 产 的 相 同 额 定 电 压 ， 额 定 电 流 的 快 速 熔断 器 ， 却 有 着 不 同 的 I2tF值 。 如 西 安 西 整 熔 断 器 厂 生 产 的 1 000 V， 6 000 A快 速 熔 断 器 老 产 品 的 I2tF值 为 76× 106A2s，而 该 企 业 的 新 产 品 RS 1 000V/6000A P115SS型 快 速 熔 断 器 ( 1 000 V、 6 000 A) 的 I2tF值 为 55× 106A2s， 二 者 相 差 38% 。 因 此 ， 在 设 计 大 功率 整 流 器 时 ， 对 于 具 有 相 同 电 压 和 电 流 的 快 速 熔 断 器 应 优 先 选 用 I2tF值较 小 的 。 　　按 上 所 述 ， 针 对 图 1中 的 大 功 率 整 流器 选 用 快 速 熔 断 器 时 ， 应 选 用 I2tF值 为 40× 106A2s， 与 ZP 4800V/4 500 A整 流 管 的 I2tD相 比 ， 后 者 I2tD值 为 30× 106A2s，尚 小 于 前 者 ， 但 相 差 不 大 。 由 于 桥 臂 上 有 四 只 整 流 管 并 联 工 作 ， 这 样 选 用 快 速 熔 断 器 是 合 理的 ， 并 且 是 可 靠 的 。 　　大 功 率 整 流 器 的 整 流 变 压 器 容量 大 ， 当 变 压 器 阀 侧 桥 臂 短 路 时 ， 短 路 电 流 相 当 大 ， 整 流 器 或 直 流 电 源 系 统 设 计 时 应 计 算 桥臂 短 路 电 流 值 与 直 流 侧 短 路 电 流 值 。 被 选 用 快 速 熔 断 器 的 分 断 能 力 应 大 于 可 能 流 过 故 障 支 路熔 断 器 的 最 大 短 路 电 流 值 ， 否 则 快 速 熔 断 器 在 分 断 短 路 电 流 时 可 能 会 发 生 瓷 套 炸 裂 、 喷 弧 、甚 至 烧 损 整 流 器 等 现 象 。 　　文 献 [3]曾 对 图 1所 示 整 流 电 路 的 桥 臂 短 路 电 流 进 行 过 计 算 ， 流 过 桥 臂 故 障 整 流 管 的 稳 态 短 路 电 流 有效 值 IbD=186 kA， 直 流 侧 短 路 时 ， 短 路 电 流 平 均 值IbDp1=100.12 kA。 　　在 数 台 整 流 器 并 联 的 直 流 电 源 系 统 中 ， 对 三 相 桥 式 电 路 的 桥 臂熔 断 器 核 算 其 分 断 短 路 电 流 值 时 ， 可 以 计 算 整 流 变 压 器 阀 侧 短 路 的 稳 态 电 流 有 效 值 。 但 对 双反 星 型 电 路 的 整 流 器 来 说 ， 流 过 故 障 桥 臂 熔 断 器 的 短 路 电 流 除 上 述 变 压 器 阀 侧 短 路 的 交 流 分量 外 ， 尚 包 含 其 余 并 联 整 流 器 输 入 的 直 流 电 流 分 量 ， 这 时 ， 快 速 熔 断 器 应 有 更 高 的 分 断 能 力。 过 去 国 产 快 速 熔 断 器 的 分 断 能 力 为 50、 70、 100 kA数 种 ， 已 不 能 适 应 大 功 率 整 流 器 配 套 的 需 要 。 目 前 ， 西 安 西 整 熔断 器 厂 已 研 制 成 功 RS4( H) 系 列 高 分断 能 力 的 快 速 熔 断 器 ， 经 国 际 著 名 试 验 站 试 验 ， 其 分 断 能 力 达 到 230 kA(有 效 值 ) ， 可 满 足 大 功 率 整 流 器 配 套 的 需 要 。 　　快 速 熔 断 器 分 断 时 ， 其 断 口 产生 的 过 电 压 为 熔 断 器 工 作 电 压 的 2～ 2.5倍， 为 此 要 防 止 正 常 的 半 导 体 器 件 受 到 损 害 。