学术︱8/20µs雷电流冲击下熔断器开断性能
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南京信息工程大学中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室的研究人员李祥超、周中山等，在2015年第24期《电工技术学报》上撰文，针对熔断器在8/20µs波形雷电流冲击下开断性能的问题，通过对熔断器中流过雷电流瞬间熔体的温度上升和熔断器的开断动作时间的理论分析，以及对雷电流通过导体时，载流导体所受有质动力作用机理的理论分析。
选用一种铅铝合金材质熔断器，利用8/20µs波形雷电流进行冲击实验，得出当熔断器的工频熔化电流小于5A时，符合熔断器的允通能量I2t的理论；当熔断器的工频熔化电流大于5A时，符合横向电场力以及全部定向漂移电子对其所施的反作用力矢量和质动力的理论。提出了熔断器与电涌保护器配合使用的方法，具有一定的参考价值。
《建筑物防雷装置检测技术规范》第5.8.1.3.5条中的规定“安装在电路上的电涌保护器，其前端应有后备保护装置过电流保护器。如使用熔断器，其值应与主电路上的熔断器电流值相配合。”但是，对于安装断路保护器的熔断电流值，并没有设置具体的参数标准，现行方法大多采用经验选取，或根据电涌保护器生产厂家提供的指导参数选取，结果导致在实际工程应用中出现不良后果，断路保护装置的熔断电流值偏大或偏小[1-4]。
当熔断电流值取太大，电涌保护器已经损坏而断路保护装置没有熔断，即起不到保护电涌保护器的作用；当熔断电流值取太小，后续雷击发生时，由于断路保护装置已经断开，电涌保护器与被保护装置脱离，即电涌保护器不起作用[5,6]。
目前，国内主要使用断路器与电涌保护器相配合及电涌保护器内置脱离器的方法，用于保护电涌保护器。一般选取线路中的过电流保护器与电涌保护器前端串联的过电流保护器的电流之比不低于1.6∶1的标准配比[1]。
通过电流能量公式W=I2Rt，计算得到在8/20µs雷电流冲击下熔断器熔断电流值与相应雷电流的数值，但在实际应用中，存在熔断器的熔断时间、电阻值随温度变化等不定因素。IEC 61643-12中给出在8/20µs雷电流冲击下，不同工频熔化电流值的熔断丝的熔断电流值，例如[7-9]，工频熔化电流为25A的熔断器，IEC 61643-12给出的测试后熔断电流为5kA，理论计算的熔断电流为7.6kA；工频熔化电流为63A的熔断器，测试所得的熔断电流为17kA，理论计算的熔断电流为23.1kA。
而笔者通过雷电冲击平台（Impulse Current Generated System，ICGS）实验发现，在8/20µs雷电流冲击下，工频熔化电流为25A的熔断器，取其长度为3cm时，直至雷电流为46.84kA才崩断，在小于46.84kA的雷电流下，熔断器并没有熔化的迹象，且对于不同长度的熔断器实验现象一致。故本文对8/20µs雷电流冲击下熔断器开断性能的分析，具有重要的意义。
针对以上情况，本文首先对熔断器的开断动作时间和载流导体所受有质动力机理作用做理论分析；并选用一种铅铝合金材质熔断器，对不同工频熔化电流的熔断器，分别取其长度为3cm和5cm，利用8/20µs波形雷电流进行冲击实验，得出不同工频熔化电流的熔断器的熔化（崩断）的电流临界值，并通过数据拟合得出两种长度的熔断器的工频熔化电流与熔化（崩断）电流临界值的关系式。
对8/20µs雷电流冲击下熔断器开断性能的分析，为解决熔断器参数与电涌保护器参数不匹配问题提供实用的参考价值。
图1 Hall电场示意
结论
针对实际中电涌保护器与断路保护装置配合使用的诸多弊端，本文通过对铅铝合金材质熔断器进行8/20µs雷电流冲击实验，找出不同工频熔化电流熔断器的熔化（崩断）电流临界值，得出以下结论：
（1）雷电流通过熔断器时，对于不同工频熔化电流的熔断器，熔断器并非都会直接熔化，当工频熔化电流大时，熔断器将会发生崩断。
（2）熔断器在8/20µs波形雷电流冲击下，当熔断器的工频熔化电流在3A以下时，符合熔断器的允通能量I2t理论。
（3）熔断器在8/20µs波形雷电流冲击下，当熔断器的工频熔化电流在5A以上时，符合横向电场力以及全部定向漂移电子对其所施的反作用力矢量和为质动力的理论。
（4）对于不同长度的熔断器，其熔化（崩断）电流临界值变化不大，且熔断器的工频熔化电流与其熔化（崩断）电流临界值、质动力呈正相关。
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