摘 要：冶金运输车辆电气系统作为车辆动力控制和动作控制中枢,为保证车辆电气稳定安全、可靠运行,系统中必须设置薄弱环节——保险丝,作为全车电路的过流保护器件,其选择的合理性对于设备的安全和可靠运行起到重要作用,本文从保险丝的工作电流、额定电压、耐冲击能力等方面阐述其在使用过程中需要进行校核的环节,本文对车辆电气系统保险丝的合理选择有一定的指导意义。
关键词：冶金 运输车辆 保险丝
随着冶金运输车辆如抱罐车、框架车、铁水车等在冶炼无轨运输中越来越受到企业的青睐,使用数量在逐年上升,大有代替以往工艺之趋势。这些车辆作为生产线中的重要的物流驳运设备,对其可靠性提出较高要求。电气系统作为该类车辆的的动力和动作控制中枢,其稳定可靠性有着举足轻重的地位。保险丝作为全车电路的过流保护器件,其合理性选择时电气系统的可靠的前提,下文就针对该类运输车辆的电气系统保险丝进行探讨研究。
1.保险丝的概念及种类
保险丝是也称为熔断器,他是串接于电路中,当电路发生故障或异常时,伴随着电流的不断升高,并且升高的电流有可能损坏电路中某些重要器件或贵重器件,如果电流超过规定值和规定时间时,使电路断开的熔断式电气保护器件,它是故意设置在电路中对电流敏感的薄弱环节。
1.1保险丝的构造及工作原理
以插片式保险丝为例,说明其构造结构,如下图
图二：插片式保险
保险丝工作原理是当电流通过熔断体时,因熔断体存在一定的电阻,所以熔断体将会发热且发热量遵循焦耳定律：
Q=0.241I2Rt
对于慢溶保险丝一般有：
当Q发
当Q发=Q散保险丝长时间内不熔断
当Q发>Q散保险丝熔断
2.保险丝选型相关因素
2.1 额定电流
在25℃环境温度下,保险丝的工作电流不应超过额定电流的75%,如果特殊的额定电流不是通用的值,应选最邻近的较高保险丝。在实际应用中我们通常根据用电器功率计算通过保险丝的用电电流,并乘以一定的安全系数,推荐阻性负载乘1.2至1.5,感性负载乘以2.5至3。
2.2额定电压
保险丝的电压额定值必须等于或者大于有效的电路电压,选择额定电压时应当考虑当电路电压不超过保险丝额定电压时,保险丝是否有能力分断给出的最大电流。
2.3环境温度
环境温度越高,保险丝的工作温度就越高,其寿命就越短,相反,在较低的温度下操作将延长保险丝的寿命。
2.4 电压降
保险丝的电压降是保险丝在额定电流条件下,其两端的电压降,他反映了保险丝的内阻,一般保险丝的内阻为mΩ级别。
2.5时间—电流特性曲线
时间电流特性曲线是保险丝的最主要电电性能指标,他表明了保险丝在不同过载电流负荷下熔断的时间范围,描述了保险丝的过载性能,也是设计师选用保险丝应该主要参考的
2.6脉冲电流
又名冲击电流,其状况因为使用场合不同而差异很大,对于同一脉冲电流,快熔和慢溶保险丝会做出不同的反应,慢溶保险丝有热延迟设计（产生
锡铜合金液过程）能够使保险丝在正常启动脉冲下保持完好并能够对长时间的过载提供保护。由于脉冲电流使熔丝受到压力（温度或机械的）,在能量和脉冲数量的压力下,它将逐步老化失效,因此保险丝在使用一定的时间后应更换。
而保险丝的熔化热能值反应了保险丝熔断所需要的能量值,是表征保险丝承载耐脉冲能力的技术指标。耐脉冲冲击Ud251qya35CYYiS/H9eCIwjzqv0flIPcZjHszqmh7nE=次数和电路中浪涌电流的大小成反比关系,同种规格的保险丝,脉冲电流越大,保险丝的耐脉冲冲击次数就越少。
对于典型波形（如矩形波、三角波、正弦波）脉冲能量计算如表一：
表一：典型波形脉冲能量计算
为此引入脉冲系数R（%）
R（%）= Ir2t/ If2t
其中：If2t：保险丝公称热能值
Ir2t：脉冲电流时所释放出的能量
图二：保险丝脉冲系数与脉冲循环次数
为方便实际核算,整理如下典型脉冲系数,如表二：
表二：典型的温度折减系数K
脉冲系数 循环次数 脉冲系数 循环次数
22% 1000000 50% 400
30% 100000 60% 45
40% 3230 70% 10
注：脉冲过程必须留有足够时间,已使前一过程产生的热能能够散失,一般为10S
3、保险丝与导线的配合
车辆线束内的电线常用规格为0.5、 0.75 、1.0、 1.5、 2.0、 2.5、 4.0、 6.0 等平方毫米的电线,他们各自都有允许负载电流值,配用于不同功率用电设备的导线。
为与保险丝与相匹配,导线的电流承载能力必须大于保险丝,如图五导线与保险的承载特性曲线,导线的承载特性曲线必须在保险丝熔断特性之上。
图三：保险丝承载特性与导线承载特性
其中：蓝色曲线为导线承载特性,红色曲线为保险丝承载特性
4、保险丝应用选择验证
应用：抱罐车后工作大灯（四只 4*70=280W）
保险丝：ATS 20
额定电压：DC24
工作电流：10A
环境温度：70℃
导线规格：2.0 mm2
脉冲电路波形：382@7.26mS+4A@6.44ms,承受1000000次脉冲以上
首先考虑电路安全系数和电流使用率和环境温度对电流承受能力的影响,在本文中
阻性负载安全系数取α=1.2
电流使用率η=0.75
环境温度折减K=0.8
在导线上通过的实际最大电流可能为I实：
I实=αI/（ηK）=1.2*10/（0.75*0.8）=20（A）
从上述结果可以看出实际在导线上流过的电流最大可能达到20A,为灯泡需要工作电流的2倍,选择保险丝额定值至少为20A或更高,在此选择20A作为其安全保险丝,电线规格与保险丝的配合可从上表三知,导线的规格必须选择2.0 mm2或以上。
下面探讨脉冲电流的影响,电路中峰值脉冲382A小于ATS保险丝的1000A,
那么脉冲能量值Q
Q=Ir2t=（3822*0.00726+42*0.00644）*0.5=529.76A2S
如果需要承受1000000次以上脉冲,选择用的保险丝公称熔化值应满足公式：R（%）≥ Ir2t/ If2t
所以：
If2t≥Ir2t /（R%）=529.76/0.22=2407.98A2S
ATS 20的公称热能值为2650 A2S
综上,此处选择ATS20的保险丝经过校核后满足使用要求。
5 、结论
作为电气系统的短路和过载的保护元件,保险丝的正确选择对冶金运输车的安全使用起到至关重要的作用,上文从保险丝的构成、原理以及环境、温度、脉冲电流等对其影响一一做了简要分析,可以看出如果单纯地依据功率公式去校核保险丝,选择将存在很大的误差,因此设计人员在进行保险丝设计选型时要充分从理论和实际上去验证,更好更合适地选择好每一根保险,设计出稳定、可靠、优质的电路保护系统。
参考文献
1.邱关源.电路[M]. 北京：高等教育出版社,1999
2.标准.QC/T420-2004.《汽车用熔断器》
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编辑：北方有色网
来源：陈俊
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