选择电子应用中的保险丝

下面列出了在为电子应用选择保险丝时需要考虑的诸多因素。如需更多指导，请查看我们的 保险丝技术参考指南 或 联系 您所在地区的Littelfuse产品代表：

选择要素

1. 正常工作电流
2. 应用电压（交流或直流）
3. 环境温度
4. 必须使保险丝断开的过载电流及时长
5. 最大故障电流
6. 脉冲、浪涌电流、突入电流、​​启动电流及电路瞬变
7. 物理尺寸限制，如长度、直径或高度等
8. 所需的机构认证，如UL、CSA、VDE、METI、MITI或高可靠性标准等
9. 保险丝的特性（安装类型/外形尺寸、易于拆卸、轴向引线、可视读数等）
10. 保险丝座的特性（如适用）以及相关的重新定额（保险丝夹、安装盒、面板安装、PC板安装、RFI屏蔽等）
11. 生产前的应用测试和验证

Littelfuse保险丝的包装和零件编号体系

定义和术语

环境温度

是指紧靠保险丝的空气的温度，不要与“室温”混淆。保险丝的环境温度在很多情况下会明显高一些，因为保险丝是封闭的（如面板封装保险丝座），或者安装在靠近电阻、变压器等其他发热元件的位置。

分断能力

也称为额定分断电流或额定短路电流，是指保险丝可以在额定电压下安全断开的最大允许电流。请参阅本部分中有关额定分断电流的定义，了解更多信息。

额定电流

保险丝的标称安培值。它是由制造商在一系列受控测试条件下确定的保险丝能够承载的电流值（参见“重新定额”）。

产品目录中的保险丝零件编号包含系列标识和额定安培值。请参考“保险丝选择指南”部分，了解正确选择保险丝的有关说明。

重新定额

在25 ºC的环境温度下，建议保险丝的工作电流不应超过标称额定电流的75%（标称额定电流采用受控测试条件测定）。这些测试条件是UL/CSA/ANCE（墨西哥）248-14“补充过流保护保险丝”中的一部分，其主要目的是针对用于火灾预防等用途的制造产品的持续控制规定所需的通用测试标准。这些标准的一些常见变化包括：全封闭保险丝座、高接触电阻、空气流动、瞬态尖峰以及连接电缆尺寸的变化（直径和长度）。保险丝本质上是感温器件。在保险丝负载达到其标称值（通常表示为额定值的100%）时，哪怕受控测试条件出现微小的变化，也可能极大地影响保险丝的预期寿命。

电路设计工程师应该清楚地认识到，设置这些受控测试条件的目的是为了让保险丝制造商针对其产品保持统一的性能标准，并同时考虑到其应用中的各种变化条件。为了对这些变量进行补偿，电路设计工程师通常不会使其保险丝承受的负载超过制造商规定的标称额定值的75%，同时还要注意必须提供充分的过载和短路保护。

此处讨论的保险丝都是感温器件，其额定值是在25°C的环境温度下确定的。电流在通过保险丝时所产生的保险丝温度可随环境温度的变化升高或降低。

“保险丝选择指南”部分的环境温度图说明了环境温度对保险丝标称额定电流的影响。大多数传统的Slo-Blo®保险丝设计都采用了熔断温度较低的材料，因此对环境温度变化更加敏感。

尺寸规格

除非另有说明，否则所有尺寸的单位均为英寸。

本产品目录中保险丝的尺寸从近似的0402芯片尺寸（0.041"长 x 0.020"宽 x 0.012"高）到5 AG不等，通常也称为“小型”保险丝（直径13/32" x 长度11/2"）。多年以来，随着新产品的不断开发，保险丝的规格也在不断发展，以满足各种电路保护需求。

最早的保险丝都是一些简单的明线器件，到十九世纪九十年代，爱迪生发明了把细导线装在灯座里的第一款插塞式保险丝。1904年，美国Underwriters Laboratories公司制定了保险丝尺寸和额定值规范，以满足相关的安全标准。可再用型保险丝和汽车保险丝出现在1914年。1927年，Littelfuse开始为刚刚发展起来的电子工业生产安培数很低的保险丝。

下图中的保险丝尺寸始于早期的“汽车玻璃（Automobile Glass）”保险丝，从而产生了“AG”一词。当不同的制造商开始生产新尺寸时，这些数字会按时间顺序应用：“3AG”是投放市场的第三种尺寸。其他非玻璃保险丝的尺寸和构造取决于功能要求，但它们仍然保留了玻璃保险丝的长度或直径规格。其标号也从AG改为AB，表示其外管是采用酚醛树脂、纤维、陶瓷或非玻璃的类似材料制成。图中所示尺寸最大的保险丝是5AG，也称为“MIDGET”（小型保险丝），该名称源自于这种保险丝在电气行业的应用以及《美国国家电气规范》的规定范围，该规范通常将9/16" × 2"的保险丝视为现行使用的最小的标准保险丝。

工业保险丝及其工作原理

查看Littelfuse POWR-GARD目录，了解完整的保险丝选择信息 开发优质过流保护产品的一个重要部分是必须了解系统需求和过流保护器件的基本原理。本部分将讨论这些主题，并着重介绍保险丝的应用。如果您还有其他问题，请拨打1-800-TEC-FUSE（1-800-832-3873），联系我们的技术支持和工程服务团队。

为何需要过流保护？

所有电气系统最终都会发生过流现象。即使是一般的过流，若未得到及时消除，也会导致系统元件迅速过热，进而损坏绝缘层、导体和设备。强过流可导致导体熔化和绝缘层汽化。而很高的电流则会产生磁力，使总线出现弯折和扭曲。这些高电流可将电缆从其端子上拔出并使绝缘层和垫片发生破裂。

很多时候，过流失控还会伴随产生火灾、爆炸、毒气泄漏和恐慌。这不仅会破坏电气系统和设备，还可造成附近人员的伤亡。

为了减少此类危险，《美国国家电气规范》（National Electrical Code®，简称NEC®）、OSHA法规以及其他适用的设计与安装标准均要求采用过流保护，以断开发生过载或故障的设备。

相关行业和政府机构已制定了符合这些标准及NEC要求的过流保护器件的性能标准和测试程序。这些组织包括：美国国家标准协会 （ANSI）、美国电气制造商协会 （NEMA） 和美国国家消防协会 （NFPA），所有这些机构都与 Underwriters Laboratories （UL） 等国家认可测试实验室 （NRTL） 合作。

电气系统必须符合包括过流保护等适用规范的要求，否则电力公司不得向设施提供电力。

什么是优质过流保护？

拥有优质过流保护的系统具有以下特点：

• 符合所有法定要求，如NEC、OSHA、地方法规等。
• 为工作人员提供最高的安全保障，必要时可超越最低规范要求。
• 最大限度地减少过流对财产、设备和电气系统的损害。
• 提供协调保护。只有紧靠过流线路侧的保护器件断开，以保护系统并减少不必要的停机时间
• 经济有效，并同时为未来的发展提供预留分断能力。
• 包含的设备和部件不会被淘汰，维护需求最低，而且可由定期维护人员使用现成的工具和设备完成。

过流的类型与影响

过流是指在使用条件下超过导体、设备或器件的额定电流的任何电流。“过流”一词既包括过载，也包括短路。

过载

过载是一种仅限于正常电流通路内的过流，其中不存在绝缘击穿。

持续过载通常是由于安装了过多设备（如额外的照明器具或太多的电机）而造成的。机械设备过载以及设备故障（如轴承失效）也会造成持续过载。如果未在规定的时限内断开，持续过载最终将导致电路元件过热，造成绝缘层和其他系统组件出现热损伤。

过流保护器件必须在发生过热之前断开出现连续或持续过载的电路和设备。即使是一般的绝缘过热也会严重减少相关元件及设备的使用寿命。例如，电机只要过载15%，其绝缘寿命就会降到正常寿命的50%以下。

短暂的过载现象经常发生。其常见原因包括设备发生短暂过载，如机床刀头切割过深，或者只是启动了一个诸如电机等的电感负载。由于从定义上讲短暂过载是无害的，因此过流保护器件不应断开或清除电路。

重要的是要认识到选择的保险丝必须有足够的时间延迟，以便让电机启动并让短暂过载消失。但是，如果过流持续存在，保险丝就必须在系统元件损坏之前断开。Littelfuse POWR-PRO和POWR-GARD延时保险丝即为满足此类保护需求而设计。一般情况下，延时保险丝能够承受额定电流的500%至少十秒钟，但在出现更高的电流值时仍然能够迅速断开。

尽管政府要求的高效能电机和NEMA Design E电机具有高得多的锁定转子电流，但只要按照NEC标准正确选择保险丝，POWR-PRO®延时保险丝（如FLSR_ID、LLSRK_ID或IDSR系列）就具有足够的延时，让电机启动。

短路

短路是一种电流超出了正常通路的过流。短路的类型一般分为三类：螺栓故障、电弧故障和接地故障。每种类型的短路都在“术语与定义”部分给出了定义。

短路是由绝缘击穿或连接故障造成的。电路正常工作时，其连接的负载决定了电流的大小。发生短路时，电流会绕过正常负载，选择“更短的通路”，因此被称为“短路”。由于没有负载阻抗，限制电流流动的唯一因素就是从电厂的发电机到故障点之间的整个配电系统的阻抗。

典型的电气系统的正常负载阻抗可达到10欧姆。但在单相的情况下，同样系统的负载阻抗可能只有0.005欧姆或更小。为了比较这两种情况，最好使用欧姆定律（对于交流系统，I = E/R）。一个负载阻抗为10欧姆的480伏单相电路，其电流应为48安培（480/10 = 48）。如果该电路在负载短路时的系统阻抗为0.005欧姆，则此时的故障电流将大大增加，达到96,000安培（480/0.005 = 96,000）。

如前所述，短路是指超出正常通路的电流。无论过流的大小如何，多余的电流都必须尽快消除。如果不及时消除，与短路相关的大电流可能会对电气系统产生三种深远影响：发热、磁应力和电弧。

当电流通过系统时，电气系统的各个部分都会发热。如果过流足够大，电路几乎可在瞬间发热。这种过流产生的能量以安培平方秒（I2t）计算。10,000安培的过流持续0.01秒所产生的I2t为1,000,000 A2s。如果电流可从10,000安培降到1,000安培并持续相同的时间，则相应的I2t将降到10,000 A2s，或者仅为原始值的百分之一。

如果导体中的电流增加10倍，I2t将增加100倍。电流只需达到7,500安培就可在0.1秒钟内熔断一根#8 AWG的铜线。在8毫秒（0.008秒或二分之一个周期）内，6,500安培的电流可以将#12 AWG THHN热塑绝缘铜线的温度从75°C的工作温度升高到150°C的最大短路温度。任何超过该值的电流可在瞬间将有机绝缘材料汽化。故障点或自动转换开关、断路器等机械开关产生的电弧可引燃这些蒸汽，从而引起剧烈爆炸和电气闪光。

磁应力是峰值电流平方的函数。100,000安培的故障电流可在每英尺总线上施加超过7,000磅的力。如此巨大的应力可损坏绝缘，将导体从端子上拉出，并使设备端子承受极大的应力，从而造成严重破坏。

故障点的电弧能够熔融并汽化故障涉及的所有导体和元件。电弧常常会烧穿电缆管道和设备外壳，使熔融的金属散落在整个区域，从而迅速引发火灾或灼伤附近的人员。如果被汽化的材料沉积在绝缘体和其他表面上，往往还会导致发生其他短路现象。持续的电弧故障会使有机绝缘材料汽化，其蒸汽可能会爆炸或燃烧。

无论其影响是发热、磁应力，还是电弧，发生短路都可能对电气系统造成严重破坏。

II. 选择时的考虑因素

选择保险丝（600伏或以下）时的考虑因素

由于过流保护对于电气系统的可靠运行和安全至关重要，因此必须认真考虑过流保护器件的选择和应用。选择保险丝时，需要评估以下参数或考虑因素：

• 额定电流
• 额定电压
• 分断电流
• 保护类型和保险丝特性
• 电流限制
• 物理尺寸
• 读数

关于一般工业保险丝的建议

基于上述选择考虑因素，我们建议采取以下措施：

额定电流在1/10至600安培的保险丝

• 当可能出现的故障电流小于100,000安培并且设备不需要UL RK1级保险丝具备的更多限流特性时，FLNR和FLSR_ID系列RK5级限流保险丝可以提供优异的延时和循环特征，而且成本也低于RK1保险丝。如果可能发生的故障电流超过100,000安培，则设备可能需要LLNRK、LLSRK和LLSRK_ID系列RK1级保险丝提供额外的限流能力。
• 快熔型JLLN和JLLS系列T级保险丝具有占用空间小的特点，因此尤其适合用于保护模制外壳断路器、仪表组以及空间有限的类似应用。
• 延时型JTD_ID和JTD系列J级保险丝可用于OEM电机控制中心应用以及其他要求节省空间的IEC 2类保护的MRO电机与变压器应用。
• CC级和CD级系列保险丝可用于一些空间非常宝贵的控制电路和控制面板中。Littelfuse的POWR-PRO CCMR系列保险丝最适合用于保护小型电机，而Littelfuse的KLDR系列保险丝则可为控制电源变压器及类似设备提供最佳保护。

若您对产品应用有疑问，请拨打800-TEC-FUSE与我们的技术支持团队联系。

额定电流在601至6,000安培的保险丝

如想获得用途最广泛的电路保护或为电机电路提供优异的保护，我们推荐您使用POWR-PRO® KLPC系列L级保险丝。L级保险丝是唯一一种能够提供此类较高额定电流的延时保险丝系列。

上述所有Littelfuse保险丝系列的相关信息都可在“UL/CSA保险丝级别与应用图表”中找到，该资料包含在POWR-GARD产品目录结尾处的“技术应用指南”里。

工业电路保护检查清单

要为电气系统选择合适的过流保护器件，电路和系统设计人员在设计系统之前应该思考以下几个问题：

• 预计的正常或平均电流是多少？
• 预计的最大连续电流（三小时或以上）是多少？
• 预计的突入电流或短暂浪涌电流是多少？
• 过流保护器件能够区分预计的突入电流和浪涌电流吗？能在持续过载和故障条件下断开吗？
• 可能会出现什么样的极端环境条件？灰尘、湿度、极端温度和其他因素都需要考虑到。
• 保护器件可能需要切断的最大故障电流是多少？
• 过流保护器件的额定电压满足系统电压要求吗？
• 过流保护器件能够为特定设备提供最安全、最可靠的保护吗？
• 在发生短路的情况下，过流保护器件能够最大限度地降低发生火灾或爆炸的可能性吗？
• 过流保护器件符合所有适用的安全标准和安装要求吗？

对这些问题的回答以及其他标准将有助于确定应该使用何种类型的过流保护器件，以获得最佳的安全性、可靠性和性能。