一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器制造技术

本发明专利技术提供一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，该熔断器包括两端设置有铜帽的壳体，所述壳体内设置有连通两个铜帽的熔体单元，所述壳体内填充有石英砂；所述熔体单元包括熔体，所述熔体上设置有熔点低于熔体的金属或合金。本发明专利技术熔断器结构简单、合理、紧凑，采取冶金效应结合多断口的设计提高了开断能力，采取石英砂填充以及熔体两端连接拉伸状态弹簧增强了熔断器的灭弧能力，实现了大电流故障下断口处切断电路，短路故障下熔体直接切断电路的限流保护功能。该熔断器开断能力强，灭弧效果好，将其设置在臭氧发生器放电单元一侧，可以有效地规避因过流，短路等故障损坏臭氧发生器的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及熔断器技术，尤其涉及一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器。
技术介绍
臭氧的产生是利用介质阻挡放电技术，在高压条件下将氧气电离，再将氧原子与氧气合成臭氧分子。介质阻挡放电属于电晕放电，放电过程中，气体部分离子化，并发出淡蓝色辉光产物。一台大型的臭氧反应器是由多个放电单元组成，每个放电单元的制作工艺要求较高。经实验分析，单个放电单元正常工作时有功电流不大，若出现过电流或短路等故障，且未及时切除，不仅影响单个放电单元的工作状态，而且影响臭氧发生器电源及变压器的工作状态，进而波及其他放电单元，严重会导致臭氧发生器停机。因此，对每个放电单元加以熔断器保护是必不可少的。具体实验分析如下。熔断器串联在变压器二次侧回路中，二次侧电压通过调压器调节到最大值7kv，电源频率设置8.7kHz，占空比为25。分别统计不同负载工作时变压器二次侧的电流。统计表如表1所示。表1二次侧电流、负载功率变化表负载功率(W)2004006008001000二次侧电流有效值(A)0.730.90.951.071.14二次侧电流最大值(A)1.451.681.8422.08实验结果：分析：二次侧有功功率为200W时，电压为最大值为7kv，有效值U=Umax2=70002=4.95kv≈5kv,]]>则有功电流由表1每增加一根放电管电流有效值的差值估算出1根放电管工作时二次侧电流约为0.1A，即I二次≈0.1A。根据：分析可知：二次电流中无功电流占有很大比例，有功电流分量很小。因此臭氧发生器领域单根放电管熔断器设计考虑的是小电流设计。国内外对于熔断器技术的研究与应用多在电力系统领域，应用在臭氧发生器领域的熔断器相关文献介绍不多。但是已有的熔断器技术也可以应用在臭氧发生器领域的熔断器。电力系统中熔断器的设计用来保护电力变压器，同样，臭氧发生器中所用高频变压器以及臭氧发生器电源也需要熔断器的保护。电力变压器和高频变压器的区别之一在于工作频率不一样，电力变压器的频率为工频50Hz，臭氧反应器工作在高频9kHz左右，气体放电时，变压器二次侧会产生大量微放电电流脉冲，毛刺电流的频率一般在MHz级别，高频条件下，高频毛刺电流流过熔断器会产生集肤效应。由于集肤效应的影响，较小的高频电流可以引起熔断器较高温升，温度升高到一定阶段，熔体开始熔断。因此，熔断器的设计需要考虑集肤效应对熔体温升的影响。根据实验验证了高频高压条件下毛刺电流产生的集肤效应会使温升略高于直流条件下相同电流引起的温升。具体实验如下。单根放电管测试二次侧电流较小，引起熔体温升不明显，因而选择测试五根放电管同时工作时熔断器温度时间特性。五根放电管工作时变压器二次侧电流为0.5A，熔断器串联在变压器二次侧。对比直流条件下电流为0.5A的温度时间特性。并做出熔断器温度时间特性曲线如图2所示。由图2可以看出，相同电流时，高频熔体温升高于直流熔体温升，说明高频条件下集肤效应影响导体温升。其理论分析如下。直流条件下导体电阻的计算公式为：RZ=ρlS]]>高频条件下导体电阻的计算公式为如下，出自《工程电磁兼容》148页。Rj=ρl2πaδ]]>式中ρ为电阻率，l为导线长度，a为导线半径，δ是集肤深度。高频条件下铜导线的集肤深度为δ=2ρωμ=ρπfμ]]>进而推导出：Rj=ρl2πaδ=lfμρ3.5a]]>本实验中频率f＝8.7kHz，铜的电阻率为ρ＝1.7×10-8Ω·m，μ为磁场的磁导率，取μ＝4π×10-7H/m，导体半径选择a＝0.04mm。直流条件下的电阻值：RZ=ρlS=3.38lΩ]]>由于臭氧发生器容性负载的非线性，电流中的高频谐波分量幅值大，根据实验测得变压器二次侧电流频谱图得知毛刺电流频率15MHz，高频条件下电阻值计算如下：Rj=ρl2πaδ=4.04lΩ]]>由计算结果可以看出高频条件下导体电阻大于直流条件下导体电阻。导体电阻发热公式Q＝I2Rt这也是高频条件下熔体温升高于直流条件熔体温升的原因。因此确定熔断器的额定电流和熔化电流值时需要考虑高频条件下集肤效应引起熔丝表面温升的影响。目前国内臭氧发生器领域熔断器产品设计多为结构简单的壳体加熔体，仅依靠熔体本身的熔断，切断故障电路，因而开断能力不高。同时，部分现有熔断器没有采取相应的灭弧措施，导致限流保护能力大大减弱。在高压条件下现有熔断器会出现拉弧现象，直接影响了臭氧发生器的正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有熔断器开断能力不强，灭弧效果不好的缺点，提出一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，该熔断器可以有效地切断故障电流，良好地灭弧，进而规避放电单元因过流，短路等故障损坏臭氧发生器的风险。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，包括两端设置有铜帽的壳体，所述壳体内设置有连通两个铜帽的熔体单元，所述壳体内填充有石英砂；所述熔体单元包括熔体，所述熔体上设置有熔点低于熔体的金属或合金。进一步地，所述熔体单元还包括弹簧，所述弹簧和熔体间隔设置，所述弹簧和熔体连接处设置熔点低于熔体的金属或合金，所述弹簧处于拉伸状态。进一步地，所述熔体为单质铜或铜合金，所述熔点低于熔体的金属为锡，所述熔点低于熔体的合金为锡合金。进一步地，所述壳体为陶瓷管或环氧树脂管。进一步地，所述熔体大于等于两段。进一步地，所述弹簧为三段，所述熔体为两段，即所述熔体单元为顺次连接的弹簧、熔体、弹簧、熔体和弹簧。上述结构两段熔体和三段弹簧连接在一起，形成四处断口，独特的多断口设计提高了熔断器的开断能力。进一步地，所述熔体单元两端弹簧通过铜片与铜帽压紧，即将连接铜片压紧在铜帽与壳体之间。进一步地，所述熔体为铜合金。进一步地，所述铜帽上设置有用于与臭氧发生器电极连接的螺母，具体地，所述螺母内侧车有与螺丝杆配合的螺纹，所述螺丝杆与臭氧发生器电极连接。进一步地，所述壳体长150-300mm，优选为200-280mm，更优选为240mm；所述壳体外径为10-20mm，优选为12-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，其特征在于，包括两端设置有铜帽的壳体，所述壳体内设置有连通两个铜帽的熔体单元，所述壳体内填充有石英砂；所述熔体单元包括熔体，所述熔体上设置有熔点低于熔体的金属或合金。

【技术特征摘要】
1.一种臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，其特征在于，包括两端设
置有铜帽的壳体，所述壳体内设置有连通两个铜帽的熔体单元，所述壳体内
填充有石英砂；所述熔体单元包括熔体，所述熔体上设置有熔点低于熔体的
金属或合金。
2.根据权利要求1所述臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，其特征在
于，所述熔体单元还包括弹簧，所述弹簧和熔体间隔设置，所述弹簧和熔体
连接处设置熔点低于熔体的金属或合金，所述弹簧处于拉伸状态。
3.根据权利要求1或2所述臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，其特
征在于，所述熔体为单质铜或铜合金，熔点低于熔体的金属为锡，熔点低于
熔体的合金为锡合金。
4.根据权利要求1或2所述臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，其特
征在于，所述壳体为陶瓷管或环氧树脂管。
5.根据权利要求2所述臭氧高频放电单元保护用限流熔断器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钟阳，周伟，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21