2.2.3 低压熔断器的应用
低压熔断器的作用是对线路和电动机进行过载及短路保护。当线路或电动机回路发生过载或短路故障时，其电流大幅上升，熔断器熔体发热，当达到熔化点而熔化时，电路断开，起到保护作用。
2.2.3.1 电动机电路保护
熔断器通常用作电动机和电动机起动器电路的保护部件，在应用方面常称为短路保护装置（Short Circuit Protective Device，SCPD）。一般可选用gG类型熔断器作为短路保护，但选用时需要加大一个电流等级。也可选用全范围分断能力的gM类型熔断器，以及仅有短路保护功能的aM类型熔断器作为后备保护。这些类型的熔断器能耐受高的电动机起动电流，不需要增加电流等级。选择的熔断器额定电流值应能耐受电动机的起动电流，取值大小取决于电动机采用的起动方式，如直接起动电动机，起动电流是电动机额定电流Ie的6～8倍；星-三角或自耦变压器起动电动机，起动电流是电动机额定电流Ie的3～4倍。因此选择熔断器的额定电流要高于几倍的电动机额定电流，以躲过电动机的起动电流，而不误动作。
一般情况下，当通过电动机和电动机起动器电路的电流不超过1.25Ie时，熔体将长期工作；当电流不超过2Ie时，约在30～40s后熔断；当电流达到2.5Ie时，在8s左右熔断；当电流达到4Ie时，在2s左右熔断；当电流达到10Ie时，熔体瞬时熔断。所以当电路发生短路时，短路电流会使熔体瞬时熔断，起到短路保护作用。
制造商产品样本中有用于电动机保护的熔断器数据，选择时应注意熔断器与保护电动机的过载继电器（该继电器与电动机起动器相关联）之间应具有选择性配合。
2.2.3.2 熔断器和电动机起动器配合
熔断器与电动机起动器之间的动作配合是保证两者之间的保护选择性，以避免热继电器（热过载继电器）损坏，以及电动机电路非正常断开。
接触器和起动器用熔断器作为后备保护，以及综合式起动器、综合式开关电器、保护式起动器和保护式开关电器，其额定限制短路电流性能应根据表2-4进行选择。
表2-4 相应于额定工作电流的预期电流“r”（本表摘自GB/T 13539.5—2013）
用于配合接触器/电动机起动器使用的熔断体见表2-3，具体应用需按照制造商的产品说明进行选配。熔断器和起动器配合特性的交点电流应位于接触器的分断能力之内。选择的熔断器应能躲过电动机的起动电流，即在图2-10所示的交点电流之下。
图2-10 熔断器和电动机起动器配合
1—电动机电流 2—热继电器运行的时间-电流特性曲线 3—熔断体的时间-电流特性曲线
4—接触器的分断能力 5—交点电流 6—热继电器的反时限曲线
图2-10中曲线2（热继电器运行的时间-电流特性曲线）与曲线3（熔断体的时间-电流特性曲线）的交点，称为交点电流Ico。
热继电器和起动器与熔断器配合曲线如图2-11所示。
图2-11 热继电器和起动器与熔断器配合
a—自冷态起动的热继电器时间-电流特性平均曲线 b—接触器时间-电流特性耐受能力曲线
由图2-11可见，自冷态起动的热继电器时间-电流特性平均曲线与熔断体时间-电流特性曲线的交点是热继电器和起动器与熔断器配合的交点，对应的电流是Ico，当通过热继电器的电流小于Ico时，位于SCPD时间-电流特性的下方，分断电流Icd应大于Ico。接触器时间-电流耐受特性应位于热继电器时间-电流特性（自冷态起动）的上方。Ico不应超过接触器的分断能力；在Ico上方，是过载继电器和接触器能够承受的区域，熔断器的熔断时间-电流特性必须低于此区域内，该区域由熔断器负责保护。
因此，熔断器和电动机起动器配合所选用的SCPD的额定值应适合给定的额定工作电流、额定工作电压及相应的使用类别。接触器和起动器与熔断器的配合类型（保护型式）有l型和2型两种，见表2-5。
表2-5 SCPD配合类型（本表摘自GB/T 13539.5—2013）
①允许触头有容易分离的溶焊。
表2-5中，l型配合的含义是当接触器或起动器发生短路故障时，不对人及设备引起危害，在未修理和更换零件前，不能继续使用。2型配合的含义是当接触器或起动器发生短路故障时，不对人及设备引起危害，但可继续运行，此时触头可能发生熔焊，但触头可分离。
2.2.3.3 低压熔断器的优点
通过保护电路及其元件，限流熔断器提供过电流效应的完整保护。熔断器具有下列各项综合优点：
1）高分断能力和高限流特性，I2t值低。
2）不需要复杂的短路计算，容易扩展保护范围。
3）在重新接通电路之前能够识别和强制消除故障。
4）可靠性、安全性高，无移动部件磨损或由于尘埃、油或腐蚀气氛等被污染。更换熔断器时，新熔断器能保证恢复到最初水平；当分断最高短路电流时，不释放气体、火焰和电弧等。此外，分断高短路电流时的速度可有效限制故障处的电弧闪烁的损害。
5）结构紧凑、经济，用低成本实现高短路水平的过电流保护。
6）与起动器和接触器配合时，不损伤起动器和接触器，通过限制短路能量和峰值电流，熔断器可适用于2型保护，不损害电动机电路的元件；熔断器特性和高的限流等级很容易与其他电器配合。
7）防止误操作、不需维护，尺码合适的熔断器不需维护、调整或重新校核，在长期运行中能维持最初设计的过电流保护水平不变。一旦安装完毕，熔断器不能变动或调整，也确保了熔断器的性能保持不变，防止误操作。
2.2.3.4 低压熔断器的选用
选用低压熔断器时，首先应根据实际使用条件确定熔断器的类型，包括选定合适的使用类别和分断范围。一般按电网电压选用相应电压等级的熔断器；按配电系统中可能出现的最大短路电流，选择有相应分断能力的熔断器；根据被保护负载的性质和容量，选择熔体的额定电流。
1.选用的一般原则
1）当有上下级熔断器选择性配合要求时应考虑过电流选择比。过电流选择比是指上下级熔断器之间满足选择性要求的额定电流最小比值，它和熔断体的极限分断电流、I2t值和时间-电流特性有密切关系。一般需根据制造商提供的数据或性能曲线进行较详细的计算和整定来确定。
g类熔断体的过电流选择比有1.6:1和2:1两种。专职人员使用的刀型触头熔断器的过电流选择比规定为1.6:1，螺栓连接熔断器和圆筒帽熔断器的过电流选择比都规定为2:1。非熟练人员使用的螺旋式熔断器的选择比规定为1.6:1。例如，设上级熔断器的熔断体电流为160A，则当过电流选择比规定为1.6:1时，下级熔断器的熔断体电流不得大于100A，并应用I2t值进行校验，保证上级熔断器的I2t值大于下级熔断器。
2）g类熔断器兼有过电流保护功能，主要用作配电主干线路及电缆、母线等的短路保护和过电流保护；而a类熔断器主要用于照明线路和电动机回路等设备的短路保护，电动机回路在使用这种熔断器时应另外配用热继电器等过电流保护元件。
3）选择熔断器的类型时，如用于保护小容量电动机，一般考虑过电流保护，这时，希望熔体的熔化系数适当小些，而大容量的电动机，主要考虑短路保护及短路时的分断能力，除此以外还应考虑加装过电流保护，若预期短路电流较小，可采用熔体无填料密封管式熔断器；当短路电流较大时，宜采用具有高分断能力的熔断器；当短路电流相当大时，宜采用有限流作用的高分断能力熔断器。当回路中装有低压断路器时，还应考虑两者动作特性的配合问题。
2.熔断体额定电流的确定
（1）一般用途熔断器的选用
一般地，对于负载电流比较平稳的设备，以及一般控制电路的熔断器，选择的熔体额定电流应大于或等于线路计算电流，即被保护电路上所有电器工作电流之和。
配电变压器低压侧的熔断器额定电流为（1.0～1.5）×变压器低压侧额定电流；并联电容器组回路中的熔断器额定电流为（1.3～1.8）×电容器组额定电流；电焊机回路中的熔断器额定电流为（1.5～2.5）×负荷电流。
（2）保护电动机用熔断器的选用
对于电动机回路，应按电动机的起动电流倍数考虑躲过电动机起动电流的影响，单台全压直接起动的三相笼型异步电动机回路中的熔断器，一般选额定电流为（1.5～3.5）×电动机额定电流，不经常起动或起动时间不长的电动机选较小倍数，频繁起动的电动机选较大倍数；多台全压直接起动的三相笼型异步电动机回路中的总保护熔断器，一般选额定电流为（1.5～2.5）×各台电动机电流之和。为防止发生越级熔断，上、下级（即供电干、支线）熔断器间应有良好的协调配合，宜进行较详细的整定计算和校验。
减压起动三相笼型异步电动机回路中的熔断器额定电流为（1.5～2）×电动机额定电流；线绕转子异步电动机回路中的熔断器额定电流为（1.2～1.5）×电动机额定电流。
（3）熔断器与其他开关电器配合使用时的选用
一般的电动机控制电路，常由熔断器-断路器-接触器-热继电器-电缆（导线）-电动机所组成。其中的断路器作为电路的电源开关，接触器用于远距离控制电动机，热继电器用于保护电动机、电动机馈电电缆和接触器不受过电流破坏，而接触器、热继电器、电动机馈电电缆和电动机本身的短路保护由断路器负责。如果回路中某处的短路电流超过所设断路器的额定分断能力，则需在断路器的电源侧增设后备保护熔断器。后备保护熔断器必须在短路电流达到断路器的额定分断能力以前分断。这种组合设备中的每一个电器元件都有预先规定的专门保护范围。电动机低倍数过电流保护段由热继电器负责，高倍数过电流保护段及低于断路器额定分断能力的短路电流由断路器的瞬动脱扣器分断，这样可以发挥断路器本身的优越性。只有在出现更大的短路电流的情况下熔断器才动作。这时，断路器也被瞬时脱扣器分断，以保证电路各极均被切断。因此选用熔断器、断路器、接触器和热继电器的组合时，需要对各电器元件的有效保护范围和工作特性进行仔细配置，图2-11就是熔断器和电动机起动器的配合示例。最简单的电动机起动器就是断路器、接触器和热继电器元件的组合。
1）各元件的保护特性均应在电动机起动特性曲线的上方。在过电流段内，熔断器的时间-电流特性比热继电器的动作特性要陡些。这对于电缆和导体的过电流保护是较为理想的，而电动机的过电流保护则需要一个延时特性。在短路电流段内，当电流刚刚超过瞬动脱扣器的动作电流时，断路器的响应比熔断器快，但当电流进一步增加时，熔断器的熔断速度又比断路器的动作速度快了。当电流非常大时，熔断器还有限制预期短路电流的作用。
2）热继电器与熔断器的时间-电流特性必须能满足电动机从零速起动到全速运行的延时特性。
3）熔断器还必须保护接触器和热继电器不受可能超过其额定电流的8倍及以上的大电流破坏。
4）熔断器还必须在短路情况下保护接触器，能分断接触器不能分断的大电流，使得接触器的触头在任何情况下不发生熔焊，或仅出现轻微熔焊现象。接触器分断能力，一般为10倍额定电流值。
5）熔断器与断路器配合时，熔断器主要分断大短路电流，即熔断器的分断范围是在交点电流以外的短路电流，而交点电流以内的熔断器特性曲线位于断路器特性曲线的上方，由断路器分断在交点以内的过电流和小倍数短路电流。需要说明的是，如果熔断器不与断路器配合，而与其他电器配合，只要使熔断器的特性曲线位于断路器的特性曲线下方即可，两者没有交叉点。
当满足上述条件时，电动机保护电器的选用是比较合理的。
2.2.3.5 低压熔断器的部分术语和定义
1）保护选择性或保护识别性，能识别电力系统的故障区域和/或相的保护能力。在给定的过电流范围内，串联的一个过电流电器优先于另一个过电流电器动作的能力。此外还考虑到过载区域内稳态负载电流对选择性的影响。
2）过电流选择性，两个或两个以上过电流保护装置之间的相关特性配合。当在给定范围内出现过电流时，指定在这个范围动作的装置动作，而其他装置不动作。
3）封闭式熔断体，熔体被完全封闭，在额定值范围内熔断时，不会产生任何有害的外部效应（如由于燃弧而释出气体或喷出火焰或金属颗粒）的熔断体。
4）限流熔断体，在规定电流范围内，由于熔断体的熔断，使电流被限制得显著低于预期电流峰值的熔断体。
5）“g”熔断体（全范围分断能力熔断体，以前称一般用途熔断体），在规定条件下，能分断使熔体熔化的电流至额定分断能力之间的所有电流的限流熔断体。
6）“a”熔断体（部分范围分断能力熔断体，以前称后备熔断体），在规定条件下，能分断对应时间-电流特性曲线上的最小电流至额定分断能力之间的所有电流的限流熔断体。“a”熔断体通常作短路保护用。
7）熔断器触头，是保证熔断体与相应的熔断器支持件之间的电路连续性的两个或两个以上导电部件。
8）熔体，当电流超过规定值经过规定的时间条件下熔化的熔断体部件。
9）指示装置（指示器），指示熔断器是否动作的熔断器部件。
10）撞击器，熔断体的机械装置。当熔断器动作时释放所需的能量，以促使其他装置或者指示器动作，或者提供互锁。
11）周围空气温度，该温度是距熔断器或熔断器外壳（如有）约1m处的周围空气温度。
12）熔断器部件温度，熔断器部件（触头、接线端子等）温度是指有关部件的温度。
13）熔断器系统，在熔断体形状、触头型式等方面遵循相同物理设计原则的熔断器族。
14）专职人员使用的熔断器（以前称工业用熔断器），仅由专职人员可以接近并仅由专职人员更换的熔断器。这种断路器没有采取结构上的措施来保证非互换性和防止偶然触及带电部分。专职人员应包括“受指导人员”和“熟练人员”。受指导人员是指在熟练人员指导或监护下能避免触电的人员（如操作、维护人员）；熟练人员是指具有技术知识或足够运行经验，能避免触电危险的人员（工程师和技术人员）。非熟练人员可以接近并能由非熟练人员更换的熔断器，具有防止直接触及带电部分的保护，如有需要，可要求非互换性。非熟练人员使用的熔断器以前称家用或类似用途熔断器。
15）非互换性，对形状和（或）尺寸加以限制，以免因疏忽在特定的熔断器底座上使用了电气性能不同于预定保护等级的熔断体。
16）低压熔断器额定值，低压熔断器通常规定的额定值包括电压、电流、分断能力、耗散功率和接受耗散功率、频率。在交流情况下，额定电压和额定电流为对称有效值；在直流情况下，额定电压为平均值，额定电流为有效值。
17）（电路及与熔断器有关的）预期电流，假定电路内的熔断器每个极的导线阻抗忽略不计，电路所流过的电流。对于交流，预期电流指交流分量的有效值。预期电流是熔断器分断能力和特性（如I2t和截断电流特性）的参照量。
18）截断电流，熔断体分断期间电流达到的最大瞬时值，由此阻止电流达到最大值。
19）截断电流特性、允通电流特性，在规定的熔断条件下，作为预期电流函数的截断电流曲线。在交流情况下，截断电流是任何非对称程度下所能达到的最大值；在直流情况下，截断电流是在规定的时间常数下所达到的最大值。
20）（熔断器支持件的）峰值耐受电流，熔断器支持件所能承受的截断电流值。峰值耐受电流不小于与熔断器支持件配用的任何熔断体的最大截断电流值。
21）门限，熔断器的极限值，在此极限范围内，可获得熔断器的保护特性，如时间-电流特性。
22）I2t特性，在规定的动作条件下作为预期电流函数的I2t（弧前和/或熔断I2t）曲线。
23）I2t带，在规定的条件下最小弧前I2t特性和最大熔断I2t特性所包容的范围。
24）时间-电流带，在规定的条件下，最小弧前时间-电流特性和最大熔断时间-电流特性所包容的范围。
25）约定不熔断电流，在规定时间（约定时间）内，熔断体能承载而不熔化的规定电流值。
26）约定熔断电流，在规定时间（约定时间）内，引起熔断体熔断的规定电流值。
27）熔断器的电弧电压，燃弧期间熔断器接线端子间出现的电压瞬时值。
28）（熔断体内的）耗散功率，熔断体在规定的使用和性能条件下承载规定的电流时释放的功率。规定的使用和性能条件通常包括稳态温度条件到达后的电流恒定有效值。
29）（熔断器底座或熔断器支持件的）接受耗散功率，熔断器底座或熔断器支持件在规定的使用和性能条件下能接受的熔断体内的耗散功率规定值。
30）（熔断器的）隔离距离，熔断器底座触头之间或任何连接于此触头的导电部件之间的最短距离，该距离在带熔断体的或载熔件移去的熔断器上测得。
31）熔断器支持件的额定电流，熔断器支持件的额定电流（以A表示）应从熔断体的额定电流系列中选取。对于“gG”和“aM”熔断器，熔断器支持件的额定电流以配用熔断体的最大额定电流表示。
32）（开关电器或熔断器的）分断电流Ib，在分断过程中，产生电弧的瞬间流过开关电器或熔断器的一个极的电流值Ib。
33）熔断短路电流，用熔断器作限流装置的一种限制短路电流。