摘 要：冶金運輸車輛電氣系統(tǒng)作為車輛動力控制和動作控制中樞,為保證車輛電氣穩(wěn)定安全、可靠運行,系統(tǒng)中必須設置薄弱環(huán)節(jié)——保險絲,作為全車電路的過流保護器件,其選擇的合理性對于設備的安全和可靠運行起到重要作用,本文從保險絲的工作電流、額定電壓、耐沖擊能力等方面闡述其在使用過程中需要進行校核的環(huán)節(jié),本文對車輛電氣系統(tǒng)保險絲的合理選擇有一定的指導意義。

關鍵詞：冶金 運輸車輛 保險絲

隨著冶金運輸車輛如抱罐車、框架車、鐵水車等在冶煉無軌運輸中越來越受到企業(yè)的青睞,使用數(shù)量在逐年上升,大有代替以往工藝之趨勢。這些車輛作為生產(chǎn)線中的重要的物流駁運設備,對其可靠性提出較高要求。電氣系統(tǒng)作為該類車輛的的動力和動作控制中樞,其穩(wěn)定可靠性有著舉足輕重的地位。保險絲作為全車電路的過流保護器件,其合理性選擇時電氣系統(tǒng)的可靠的前提,下文就針對該類運輸車輛的電氣系統(tǒng)保險絲進行探討研究。

1.保險絲的概念及種類

保險絲是也稱為熔斷器,他是串接于電路中,當電路發(fā)生故障或異常時,伴隨著電流的不斷升高,并且升高的電流有可能損壞電路中某些重要器件或貴重器件,如果電流超過規(guī)定值和規(guī)定時間時,使電路斷開的熔斷式電氣保護器件,它是故意設置在電路中對電流敏感的薄弱環(huán)節(jié)。

1.1保險絲的構造及工作原理

以插片式保險絲為例,說明其構造結構,如下圖

圖二：插片式保險

保險絲工作原理是當電流通過熔斷體時,因熔斷體存在一定的電阻,所以熔斷體將會發(fā)熱且發(fā)熱量遵循焦耳定律：

Q=0.241I2Rt

對于慢溶保險絲一般有：

當Q發(fā)

當Q發(fā)=Q散保險絲長時間內(nèi)不熔斷

當Q發(fā)>Q散保險絲熔斷

2.保險絲選型相關因素

2.1 額定電流

在25℃環(huán)境溫度下,保險絲的工作電流不應超過額定電流的75%,如果特殊的額定電流不是通用的值,應選最鄰近的較高保險絲。在實際應用中我們通常根據(jù)用電器功率計算通過保險絲的用電電流,并乘以一定的安全系數(shù),推薦阻性負載乘1.2至1.5,感性負載乘以2.5至3。

2.2額定電壓

保險絲的電壓額定值必須等于或者大于有效的電路電壓,選擇額定電壓時應當考慮當電路電壓不超過保險絲額定電壓時,保險絲是否有能力分斷給出的最大電流。

2.3環(huán)境溫度

環(huán)境溫度越高,保險絲的工作溫度就越高,其壽命就越短,相反,在較低的溫度下操作將延長保險絲的壽命。

2.4 電壓降

保險絲的電壓降是保險絲在額定電流條件下,其兩端的電壓降,他反映了保險絲的內(nèi)阻,一般保險絲的內(nèi)阻為mΩ級別。

2.5時間—電流特性曲線

時間電流特性曲線是保險絲的最主要電電性能指標,他表明了保險絲在不同過載電流負荷下熔斷的時間范圍,描述了保險絲的過載性能,也是設計師選用保險絲應該主要參考的

2.6脈沖電流

又名沖擊電流,其狀況因為使用場合不同而差異很大,對于同一脈沖電流,快熔和慢溶保險絲會做出不同的反應,慢溶保險絲有熱延遲設計（產(chǎn)生錫銅合金液過程）能夠使保險絲在正常啟動脈沖下保持完好并能夠?qū)﹂L時間的過載提供保護。由于脈沖電流使熔絲受到壓力（溫度或機械的）,在能量和脈沖數(shù)量的壓力下,它將逐步老化失效,因此保險絲在使用一定的時間后應更換。

而保險絲的熔化熱能值反應了保險絲熔斷所需要的能量值,是表征保險絲承載耐脈沖能力的技術指標。耐脈沖沖擊Ud251qya35CYYiS/H9eCIwjzqv0flIPcZjHszqmh7nE=次數(shù)和電路中浪涌電流的大小成反比關系,同種規(guī)格的保險絲,脈沖電流越大,保險絲的耐脈沖沖擊次數(shù)就越少。

對于典型波形（如矩形波、三角波、正弦波）脈沖能量計算如表一：

表一：典型波形脈沖能量計算

為此引入脈沖系數(shù)R（%）

R（%）= Ir2t/ If2t

其中：If2t：保險絲公稱熱能值

Ir2t：脈沖電流時所釋放出的能量

圖二：保險絲脈沖系數(shù)與脈沖循環(huán)次數(shù)

為方便實際核算,整理如下典型脈沖系數(shù),如表二：

表二：典型的溫度折減系數(shù)K

脈沖系數(shù) 循環(huán)次數(shù) 脈沖系數(shù) 循環(huán)次數(shù)

22% 1000000 50% 400

30% 100000 60% 45

40% 3230 70% 10

注：脈沖過程必須留有足夠時間,已使前一過程產(chǎn)生的熱能能夠散失,一般為10S

3、保險絲與導線的配合

車輛線束內(nèi)的電線常用規(guī)格為0.5、 0.75 、1.0、 1.5、 2.0、 2.5、 4.0、 6.0 等平方毫米的電線,他們各自都有允許負載電流值,配用于不同功率用電設備的導線。

為與保險絲與相匹配,導線的電流承載能力必須大于保險絲,如圖五導線與保險的承載特性曲線,導線的承載特性曲線必須在保險絲熔斷特性之上。

圖三：保險絲承載特性與導線承載特性

其中：藍色曲線為導線承載特性,紅色曲線為保險絲承載特性

4、保險絲應用選擇驗證

應用：抱罐車后工作大燈（四只 4*70=280W）

保險絲：ATS 20

額定電壓：DC24

工作電流：10A

環(huán)境溫度：70℃

導線規(guī)格：2.0 mm2

脈沖電路波形：382@7.26mS+4A@6.44ms,承受1000000次脈沖以上

首先考慮電路安全系數(shù)和電流使用率和環(huán)境溫度對電流承受能力的影響,在本文中

阻性負載安全系數(shù)取α=1.2

電流使用率η=0.75

環(huán)境溫度折減K=0.8

在導線上通過的實際最大電流可能為I實：

I實=αI/（ηK）=1.2*10/（0.75*0.8）=20（A）

從上述結果可以看出實際在導線上流過的電流最大可能達到20A,為燈泡需要工作電流的2倍,選擇保險絲額定值至少為20A或更高,在此選擇20A作為其安全保險絲,電線規(guī)格與保險絲的配合可從上表三知,導線的規(guī)格必須選擇2.0 mm2或以上。

下面探討脈沖電流的影響,電路中峰值脈沖382A小于ATS保險絲的1000A,

那么脈沖能量值Q

Q=Ir2t=（3822*0.00726+42*0.00644）*0.5=529.76A2S

如果需要承受1000000次以上脈沖,選擇用的保險絲公稱熔化值應滿足公式：R（%）≥ Ir2t/ If2t

所以：

If2t≥Ir2t /（R%）=529.76/0.22=2407.98A2S

ATS 20的公稱熱能值為2650 A2S

綜上,此處選擇ATS20的保險絲經(jīng)過校核后滿足使用要求。

5 、結論

作為電氣系統(tǒng)的短路和過載的保護元件,保險絲的正確選擇對冶金運輸車的安全使用起到至關重要的作用,上文從保險絲的構成、原理以及環(huán)境、溫度、脈沖電流等對其影響一一做了簡要分析,可以看出如果單純地依據(jù)功率公式去校核保險絲,選擇將存在很大的誤差,因此設計人員在進行保險絲設計選型時要充分從理論和實際上去驗證,更好更合適地選擇好每一根保險,設計出穩(wěn)定、可靠、優(yōu)質(zhì)的電路保護系統(tǒng)。

參考文獻

1.邱關源.電路[M]. 北京：高等教育出版社,1999

2.標準.QC/T420-2004.《汽車用熔斷器》