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高压熔断器老化原理

来源:登瑞电气    发布于:2013-10-17 8:36:05    点击:57    品牌:登瑞电气    【进入产品中心

高压熔断器老化原理
随着核电机组投运时问的增长,电气仪控设备老化的问题会越来越突出。高压熔断器作为电路或重要负载的保护元件,在核电站应用十分广泛。近年来出现问题的次数越发增多,引起了核电站维修部门的高度重视。
导致高压熔断器动作的原因包括:① 被保护电路或负载出现过电流,导致高压熔断器正常熔断;② 长期通电的熔丝出现老化现象,引发的不正常熔断;③ 熔丝在熔断点处存在质量缺陷。高压熔断器出现老化降级的机理有很多¨J,包括熔丝的老化以及电极的老化。高压熔断器一旦老化必然导致失效。以熔丝为例,高温下熔丝金属的物理特性发生变化,使高压熔断器的保护特性曲线(时间一电流特性)发生改变,从而出现不该断开时断开的(后文称误动作)问题,对核电站的安全运行造成严重影响。本文对高压熔断器的各种老化机理进行了论述。
1 高压熔断器的老化机理
1.1 老化应力
高压熔断器的老化应力包括:运行温度、电应力、湿度、温度循环(热循环)、辐照、化学腐蚀、振动、机械应力等。由于高压熔断器型号本身属于热动作装置,故温度是主要的老化应力。高压熔断器的运行温度较高,不仅受到环境温度的影响,工作电流流过熔丝时产生的焦耳热也会提高其运行温度。另外,很多其他的应力*终也可归结为温度应力。
1.2 老化机理
1.2.1 高温导致的老化
熔丝金属在通电状态下存在金属电迁移现象,即金属中的离子迁移,这种迁移会在局部区域发生质量亏损而出现空洞,或产生质量堆积而出现小丘,造成熔丝缺陷,引发局部过热,高温又会加速金属化电迁移的过程,使缺陷进一步增大,逐渐累积至发生熔丝熔断。金属电迁移会随着温度的升高或电流密度的增大而加剧 。持续运行于高于设计的温度会造成焊接点的熔化或部分熔化,造成连接不牢,出现局部过热,*终引发失效。高温会导致高压熔断器内部残留焊锡挥发至熔丝某点,使该点在相对较低的温度下局部熔化,导致熔丝表面局部缺陷,引起熔丝局部电流密度过大,易出现未达到熔断电流即烧毁的情况。高温还会导致高压熔断器内部残留助焊剂的挥发造成熔丝的局部化学腐蚀,引起熔丝局部电流密度过大,易出现未达到熔断电流即烧毁的情况。对于有延时的高压限流熔断器,初始瞬态电流会使某些低熔点熔丝金属出现蒸发而使金属材料减少,熔丝材料不断减少将使有效熔断容量降低,在后面的使用过程中易出现误动作。电应力包括瞬问过电应力、纹波电流等,其*终表现为高压熔断器出现温升,可归结为温度应力。
1.2.2 温度循环老化机理
频繁的启停或运行中出现的电气暂态过程会使高压熔断器产生温度循环(热循环),温度循环会造成熔丝的膨胀和收缩,产生应力疲劳,同时会使高压熔断器的连接部分松动。在充沙子的高压熔断器管内,熔丝的膨胀或收缩可能会使沙子移动,导致熔丝不能恢复原始位置。
1.2.3 潮湿导致的老化
潮湿可能造成高压熔断器连接处接触表面腐蚀,造成高阻现象,*终导致本体温度升高。潮湿环境中,水分子渗入含银导体表面电解形成氢离子和氢氧根离子,银在电场及氢氧根离子的作用下离解产生银离子,并产生可逆反应在电场的作用下,银离子从高电位向低电位迁移,并形成絮状或枝蔓状扩展,这就是所谓的银迁移现象。潮气进人高压限流熔断器内部,会加速熔丝金属的氧化,导致高压熔断器保护特性曲线发生改变,易产生高压熔断器误动作。
1.2.4 机械应力导致的老化 .
振动以及机械应力会使高压熔断器的焊接处产生应力疲劳。过于频繁的插入取出高压熔断器也会造成高压熔断器的应力疲劳。
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