4. 快熔选型不当后果分析
电压选择不当
如果熔断器额定电压低于故障系统电压,各狭颈处燃起的电弧将持续燃烧而会合,最终电弧贯穿整个熔断器。此时熔断器的陶瓷管壳将不能承受内部压力而发生剧烈爆炸。所幸人们一般都根据输入电压选择熔断器,此类故障在现场很少发生。另外,如果严格按照IEC标准执行产品测试,10%的安全裕量也消除了系统电压波动带来的隐患。
I2t值不匹配
快速熔断器必须将允通能量限制在半导体的爆破I2t之下,否则就会发生半导体的剧烈爆炸。而设备中发生半导体爆炸时,建议检查熔断器在故障电压下的分断I2t值,以及半导体的实际爆破I2t。
额定电流计算中忽略一个或几个降额系数
各种降额系数用来保证熔断器在其寿命(典型10-20年)区间内不会因疲劳而发生无故障开断。遵循快速熔断器选型原则可以保证大约10年的使用寿命,大多数情况下,实际使用寿命会更长。
如果忽略了降额系数,或者实际电路、负荷与最初给定的信息有较大差别,则有可能发生如下情况:
严重的情况下,熔断器会遭受持续过负荷。大功率整流器使用的熔断器的保护类型大多是aR(按照IEC 60269-1&4,这意味着用于半导体元件的短路保护)。因此,熔断器将仅仅保护短路故障,不能分断过负荷电流。当aR熔断器承受持续过负荷时,熔断器陶瓷管壳温度会超过其允许极限而龟裂。如果正好此时系统发生短路,熔断器就会发生剧烈爆炸,并损坏整流柜内其他设备,使事故扩大。
另一种情况是熔断器遭受频繁的过负荷,但并没有造成外壳破裂,熔断器熔芯在三到七年的确较长的时间里慢慢损坏。此类损坏的表征之一就是一个或多个熔断器的无故障断开。
在多个aR熔断器并联时,如其中一个因过负荷而断开,该熔断器和与之相连的半导体两端的压降都很小,使得半导体可能不能充分导通,从而不能熔断指示器的触发线。这种情况下熔断器的指示器将不能正确显示熔断器的状态,在同一桥臂与之并联的其他熔断器实际上将承受更高程度的过负荷,它们熔芯的损坏也将由此加速。现代整流器系统能够监视到这种超限温升,这表明着桥臂中一定有异常发生。不幸的是,这时危害极有可能已经产生,必须对相应的熔断器进行分析诊断。
其后最常见的做法是更换已经断开的熔断器。但是,如果其他熔断器的熔芯已经受到损害,那么很有可能其中的一些熔断器也将在不远的以后断开。这种情况的后果是生产过程的频繁停顿,造成产出损失。
熔断器诊断检查可以通过简单的测其电阻来实现。如果测试值明显高于其标签上的打印值,应立即更换熔断器。
这种解剖分析可以在Bussmann的实验室进行,这在客户希望了解熔断器故障具体原因时尤其有用。打开熔断器内部,我们就可以判断熔断器是在大短路电流下动作的还是由于低过载,以及是否经历过周期负载等。
在这种情况下,唯一的方法是更话所有熔断器。并欢迎咨询我们的技术应用部门,获得专业建议,例如如何防止使用额定电流过大的熔断器或者频繁更换熔断器带来的问题。
整流器机械设计的问题
现代生产过程对整流器电流输出能力要求越来越高,这意味着整流柜中的能量密度越来越大。将现代新型的大功率半导体与5号快熔搭配,可以减少整流器中元件的数目,每个元件承担的电流也将会增加,故障电流水平也将增长,甚至可能达到接近300KA的水平。在这么大的故障电流下,由于电流通路的不同走向,熔断器有可能要承受巨大的电磁力。
5. 五号快熔与双体四号快熔
现代整流器设计中,有两种外形的熔断器可供选择。一种是所谓的24号,由两个4号快熔并联而成,另一种是单体的5号快熔。
消除分流不均的问题
与双体4号快熔相比,5号快熔的优势之一是消除了熔断器内部分流不均的问题。在某些整流器设计中,发现双体快熔的两个分支之间存在电流不平衡现象,这是由于该整流器设计的电磁特性决定的。而5号快熔完全不存在这个问题。
通过改进熔体设计和内部结构,5号快熔和此前的熔断器相比可有更高的额定电压和额定电流。
6. 五号快熔概述
五号快熔是专为大功率整流器设计的,可以用于铝和氯气等电解生产过程。为满足特定客户的需要,我们可以为客户定制不同的产品。可以定制的方面包括机械连接,以及尺寸公差要求等。
经过设计优化的五号快熔更适于大功率整流器中强制冷却方式下的三英寸和四英寸的半导体元件保护。有数据表明,在某些情况下,使用五号快熔配合现代的大功率半导体,与使用传统元件相比,可以节省30%的元件。通过使用较少数目的元件,整流器效率可以得到提高,从而降低了铝的生产成本。
7. 总结
在电解铝工业中,过程电流和串联电解槽数目有逐步扩大的趋势,目前已有系统设计采用350kA电解电流和1600V的直流电压。在不久的将来,高达500kA过程电流的电解铝生产线也将成为现实。
大功率整流器的安全运行很大程度上取决于元件的选择。二极管/晶闸管和快熔是整流器使用的主要元件。高电压和大电流的趋势对整流器的安全保护提出了更高的要求。精心选择半导体和快熔,以应对可预见的整流器负荷波动,这对整流器的连续安全运行,对于铝生产的稳定是非常关键的。
五号快熔正是针对整流器的这种发展趋势而开发的。最近在ABB大功率实验室的试验表明:在4000A的额定电流下,额定电压可以达到1850A。这项进展说明,5号快熔系列将能够满足铝行业中下一代大功率整流器的要求。实际上,5号快熔的额定参数可以做的更高,为更大功率的二极管和晶闸管提供保护。