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第54章 保险丝的工作原理是怎样的

保险丝又叫做温度保险丝。保险丝是一种安装在电路中,以确保电路安全运行的电器元件。保险丝一般是由电阻率比较大而熔点较低的银铜合金制成的。

最早的保险丝是由爱迪生发明的。因为当时的工业技术不发达,白炽灯价格非常昂贵,所以保险丝最初是用来保护价格昂贵的白炽灯的。

保险丝一般由3部分组成:①熔体部分。熔体是保险丝的核心,熔断时起到切断电流的作用,同一类、同一规格保险丝的熔体,材质必须相同、几何尺寸也要相同、电阻值尽可能地小并且要一致,最重要的是熔断特性必须一致。②电极部分。电极部分通常有两个,它是熔体和电路连接的重要部件,它必须有良好的导电性,不能产生明显的安装接触电阻。③支架部分。保险丝的熔体一般都很纤细柔软,支架的作用就是将熔体固定,并且使三个部分成为刚性的整体,以便于安装和使用,支架必须有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性,这样在使用过程中才不会产生断裂、变形、燃烧及短路等现象。

电力电路以及大功率设备所使用的保险丝,不仅具有一般保险丝的三个部分,还有一个灭弧装置。因为这类保险丝所保护的电路不但工作电流较大,而且当熔体发生熔断时,它两端的电压也非常高,往往会出现熔体已熔化甚至已汽化,但是电流却还没有切断的情形,其原因就是在熔断的一瞬间在电压和电流的作用下,保险丝的两电极之间发生拉弧现象,因此必须安装一个灭弧装置。这个灭弧装置必须有很强的绝缘性和很好的导热性。并且呈负电性。例如石英砂就是一种常用的灭弧材料。

此外,还有一些保险丝有熔断指示装置,它的作用就是当保险丝熔断以后,其本身发生一定的外观变化,以便于被维修人员发现,例如发光、变色、弹出固体指示器等。

当电流流过导体时,由于导体存在一定的电阻,所以导体会发热,并且发热量遵循着这个公式:Q=0.242RT。其中Q是发热量,0.24是一个常数,I是流过导体的电流,R是导体的电阻,T是电流流过导体的时间。根据这个公式,我们就可以看出保险丝的简单的工作原理了。一旦保险丝的材料和形状确定了,它的电阻R就相对确定了(不考虑它的电阻温度系数)。当电流流过保险丝时。它就会发热,随着时间的增加,它的发热量也会增加。电流和电阻的大小确定了产生热量的速度,保险丝的构造和它的安装状况确定了热量耗散的速度,当产生热量的速度小于热量耗散的速度时,保险丝不会熔断。当产生热量的速度等于热量耗散的速度时,在相当长的时间内保险丝也不会熔断。当产生热量的速度大于热量耗散的速度时,那么产生的热量就会越来越多,又因为它有一定比热和质量,其热量的增加就表现在温度的升高上,当温度升高至保险丝的熔点以上时,保险丝就会熔断。这就是保险丝的工作原理。

通过保险丝的工作原理,我们可以知道,在设计制造保险丝时,必须认真地研究所选材料的物理特性,并且确保它们有一致的几何尺寸,因为这些因素对保险丝能否正常工作起着至关重要的作用。