熔(rong)斷器(qi)生產中常因(yin)熔(rong)管(guan)內石英砂的(de)(de)填充(chong)密度ρn不(bu)夠，使(shi)其分斷過(guo)(guo)電(dian)流時的(de)(de)工(gong)作(zuo)特性變壞，甚至使(shi)熔(rong)管(guan)損(sun)壞。因(yin)此，研究(jiu)(jiu)熔(rong)斷器(qi)的(de)(de)石英砂的(de)(de)填充(chong)密度對電(dian)弧過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)影響既(ji)是一項(xiang)非常迫(po)切、又(you)是一項(xiang)有(you)實際意(yi)義(yi)的(de)(de)工(gong)作(zuo)。此外(wai)，研究(jiu)(jiu)這些(xie)過(guo)(guo)程(cheng)對于制(zhi)定有(you)填料熔(rong)斷器(qi)電(dian)弧過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)數學模型是必需的(de)(de)。本文闡述了這些(xie)試驗(yan)研究(jiu)(jiu)的(de)(de)結(jie)果。

為了進行試驗，研制了一種特殊的、可拆開的、矩形截面的滅弧室，它是由厚8毫米膠木板，用螺釘連接而制成的。滅弧室長為100毫米，內截面為26×28毫米²，兩個端部用蓋子蓋住。蓋子上面裝有電(dian)流至250安的(de)(de)IIH-2型熔斷器(qi)的(de)(de)觸刀。熔片(pian)焊在觸頭上。試驗使用鋁(lv)制和(he)銅(tong)制熔片(pian)，熔片(pian)是(shi)厚(hou)為0.14毫(hao)米，寬(kuan)(kuan)為10毫(hao)米的(de)(de)薄的(de)(de)小條。在熔片(pian)中心有一個長1毫(hao)米矩形熔化狹頸。銅(tong)熔片(pian)的(de)(de)狹頸寬(kuan)(kuan)為1.5毫(hao)米，鋁(lv)熔片(pian)的(de)(de)頸寬(kuan)(kuan)為0.5毫(hao)米。這樣做的(de)(de)目的(de)(de)是(shi)使得在兩種情況下通過熔斷器(qi)的(de)(de)電(dian)流相同(tong)。

測(ce)量在電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)500伏直流(liu)(liu)回路(lu)中進行。用(yong)帶三相整(zheng)流(liu)(liu)器(qi)的(de)感(gan)應調壓(ya)(ya)器(qi)作(zuo)為電(dian)(dian)(dian)源。熔斷器(qi)接(jie)到整(zheng)流(liu)(liu)器(qi)輸出端，與(yu)電(dian)(dian)(dian)感(gan)和附(fu)加電(dian)(dian)(dian)阻串聯(lian)。電(dian)(dian)(dian)感(gan)用(yong)來減小(xiao)整(zheng)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)脈(mo)動，而(er)電(dian)(dian)(dian)阻用(yong)來調節整(zheng)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)值(zhi)。

回(hui)(hui)路電流(liu)(liu)是1370安，回(hui)(hui)路時(shi)間常數是2.3毫(hao)秒。通(tong)(tong)過熔(rong)斷(duan)器的(de)(de)較大電流(liu)(liu)為(wei)1230安，用(yong)H115型示(shi)波(bo)器作為(wei)記錄裝置。記錄了(le)熔(rong)斷(duan)器的(de)(de)電流(liu)(liu)、電壓，電弧放(fang)出的(de)(de)能(neng)量(liang)和作用(yong)在熔(rong)斷(duan)器外殼內壁上的(de)(de)壓力。通(tong)(tong)過與熔(rong)斷(duan)器串聯(lian)的(de)(de)無感分流(liu)(liu)器上取(qu)出的(de)(de)電壓信號記錄了(le)電流(liu)(liu)。借助霍爾傳感器拍(pai)攝(she)了(le)能(neng)量(liang)的(de)(de)示(shi)波(bo)圖。

為了(le)用(yong)(yong)現(xian)有(you)的測量小位移和小振(zhen)動的儀(yi)器(qi)來測量作用(yong)(yong)在熔斷器(qi)外殼(ke)內壁上的壓力，設計(ji)了(le)專用(yong)(yong)裝置，其工(gong)作原理是：當從儀(yi)表中取出的電感與(yu)導電材料制成(cheng)的表面間距離變(bian)化時，高頻發生器(qi)振(zhen)蕩回路的振(zhen)蕩頻率也發生變(bian)化。這(zhe)種頻率的變(bian)化在儀(yi)表中就變(bian)成(cheng)輸(shu)出電壓值的變(bian)化。

傳感(gan)器(qi)(qi)是一個(ge)從儀表中(zhong)取出(chu)的(de)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)，它(ta)繞(rao)在一個(ge)環(huan)形(xing)鐵(tie)心(xin)(xin)上(shang)(shang)，鐵(tie)心(xin)(xin)的(de)徑(jing)向開了窄縫。鐵(tie)心(xin)(xin)放在圓(yuan)柱形(xing)外殼(ke)中(zhong)，并與(yu)其固定連(lian)接。在外殼(ke)上(shang)(shang)擰上(shang)(shang)帶薄(bo)膜(mo)(mo)的(de)蓋(gai)。蓋(gai)子(zi)在外殼(ke)上(shang)(shang)固定，使薄(bo)膜(mo)(mo)中(zhong)心(xin)(xin)對著鐵(tie)心(xin)(xin)上(shang)(shang)的(de)縫隙，并與(yu)它(ta)相隔一定距離。當發生(sheng)器(qi)(qi)工作時(shi)，磁(ci)場(chang)在縫隙區內擴散，并與(yu)薄(bo)膜(mo)(mo)表面相切。在薄(bo)膜(mo)(mo)中(zhong)感(gan)應出(chu)渦流(liu)，因為渦流(liu)的(de)磁(ci)場(chang)相對線(xian)圈(quan)磁(ci)場(chang)位移半個(ge)周波，所(suo)以引(yin)起線(xian)圈(quan)磁(ci)場(chang)的(de)改(gai)變。從鐵(tie)心(xin)(xin)上(shang)(shang)的(de)縫隙到薄(bo)膜(mo)(mo)的(de)距離變化(hua)，相應地(di)引(yin)起線(xian)圈(quan)電(dian)感(gan)和發生(sheng)器(qi)(qi)振蕩頻率的(de)變化(hua)。

傳感器和(he)測量裝置連接。測量裝置的(de)原(yuan)理圖不(bu)同于文（2）中的(de)線路(lu)。因為用陰極(ji)示波(bo)器進行記(ji)錄，所以僅(jin)改變(bian)輸(shu)出(chu)級。

由于傳(chuan)感器有較好的靜態特性，所以(yi)它可(ke)(ke)用定壓力進行校準。改變(bian)薄膜(mo)和鐵(tie)心縫隙(xi)間的距(ju)離可(ke)(ke)改變(bian)傳(chuan)感器的靈敏度，因此用同一傳(chuan)感器可(ke)(ke)以(yi)測量數值范(fan)圍很寬的壓力。在熔(rong)斷器外殼(ke)上(shang)有一個孔，傳(chuan)感器就裝(zhuang)在這個孔中，薄膜(mo)貼在滅弧(hu)(hu)室(shi)內壁的平面(mian)上(shang)。熔(rong)片(pian)固定在滅弧(hu)(hu)室(shi)內，應使熔(rong)片(pian)的平面(mian)平行薄膜(mo)表面(mian)，且相(xiang)距(ju)11毫米。

選用SiO²含量超過99%的純石英砂作為填料。石英砂的微粒成份為：直徑小于0.1毫米的顆粒占2%，直徑0.1到0.16毫米占8%，直徑0.16到0.2毫米占51%，直徑0.2到0.32毫米占35%和直徑大于0.32毫米占4%。顆粒的平均直徑為0.21毫米。自由裝滿的石英砂密度是1.62克/厘米³。但是，用這樣密度的石英砂進行試驗未獲成功。因在自由裝料時，滅弧室內的空腔未被石英砂填滿，這會引起電弧停滯和滅弧室斷裂。因此，試驗中所用石英砂較小的充填密度是1.65克/厘米³。

裝料時通過滅弧室的振動和裝料用的孔中插入金屬棒，使石英砂密集。然后，取出金屬棒，填料進入自由空間，讓這個過程反復進行。這樣，石英砂較大填充密度可達1.75克/厘米³。石英砂的填充密度取決于填料在滅弧室內占據的已知容積下，裝料前后試驗滅弧室的重量。石英砂填充密度的測量精度較大為0.01克/厘米³。

圖(tu)1~3繪出(chu)了(le)試(shi)驗(yan)結果。圖(tu)上的(de)(de)(de)(de)每個點是(shi)5次(ci)測量的(de)(de)(de)(de)算術平(ping)均值。實線(xian)(xian)對應(ying)于(yu)銅熔(rong)(rong)片，虛線(xian)(xian)對應(ying)于(yu)鋁熔(rong)(rong)片。由(you)試(shi)驗(yan)結果可以(yi)看出(chu)，增加填(tian)充密度可改善熔(rong)(rong)斷(duan)器分斷(duan)過(guo)電(dian)流時(shi)的(de)(de)(de)(de)一(yi)系列動(dong)作性(xing)能：減小燃弧時(shi)間、熔(rong)(rong)片燒壞的(de)(de)(de)(de)長度、焦耳積(ji)分和(he)電(dian)弧放出(chu)的(de)(de)(de)(de)能量。但是(shi)，分斷(duan)電(dian)壓即(ji)熔(rong)(rong)斷(duan)器熔(rong)(rong)斷(duan)時(shi)產生在熔(rong)(rong)斷(duan)器兩端(duan)的(de)(de)(de)(de)電(dian)壓瞬時(shi)值，隨填(tian)充密度的(de)(de)(de)(de)增加而升高。這是(shi)因為當(dang)熔(rong)(rong)化狹(xia)頸爆(bao)炸性(xing)地蒸(zheng)發時(shi)金屬蒸(zheng)汽占(zhan)據一(yi)定的(de)(de)(de)(de)體(ti)積(ji)之故(gu)，該體(ti)積(ji)和(he)熔(rong)(rong)化狹(xia)頸的(de)(de)(de)(de)體(ti)積(ji)和(he)石英(ying)砂填(tian)料的(de)(de)(de)(de)物理狀態（密度、晶粒直(zhi)徑）有關(guan)。

由于填充(chong)(chong)密度的(de)增加(jia)，其壓(ya)縮性和晶粒間空(kong)隙尺(chi)寸減小。因此，溶(rong)化狹(xia)頸蒸(zheng)發時(shi)的(de)金屬蒸(zheng)汽占據的(de)體積減小，使蒸(zheng)汽壓(ya)力增加(jia)，弧(hu)柱電(dian)阻增加(jia)，電(dian)弧(hu)電(dian)流開(kai)始(shi)急劇(ju)減小。所以石英(ying)砂的(de)填充(chong)(chong)密度增加(jia)，使熔(rong)(rong)斷器分斷短路電(dian)流時(shi)所產生的(de)過電(dian)壓(ya)也增加(jia)（應(ying)當指(zhi)出，因為(wei)在同樣(yang)額定電(dian)流的(de)熔(rong)(rong)斷器中這(zhe)些熔(rong)(rong)片(pian)狹(xia)頸的(de)幾何尺(chi)寸不同，所以不能比較銅(tong)熔(rong)(rong)片(pian)和鋁熔(rong)(rong)片(pian)的(de)分斷電(dian)壓(ya)）。

有關填充密度對熔斷器外殼的壓力影響問題，已引起人們的很大興趣。由圖3看出，隨填充密度增加，外殼上壓力也隨之增加，當ρn=1.73克/厘米³時壓力達(da)到較(jiao)大值，然后迅(xun)速減小(xiao)。

填充(chong)密(mi)度(du)的(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，使(shi)其壓(ya)(ya)力(li)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，這(zhe)就使(shi)電弧(hu)難(nan)于分開石英砂并(bing)使(shi)它壓(ya)(ya)縮。因此，填料中電弧(hu)通(tong)道(dao)(dao)(dao)的(de)截面，隨填充(chong)密(mi)度(du)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)將減(jian)小(xiao)，從而(er)通(tong)道(dao)(dao)(dao)中的(de)壓(ya)(ya)力(li)和密(mi)度(du)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，但是減(jian)小(xiao)電弧(hu)通(tong)道(dao)(dao)(dao)的(de)截面會使(shi)電弧(hu)輸出能(neng)量(liang)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)和電弧(hu)溫度(du)迅速(su)降低。這(zhe)時盡(jin)管基本粒子在(zai)電弧(hu)通(tong)道(dao)(dao)(dao)體(ti)積內(nei)的(de)密(mi)度(du)可以(yi)繼續(xu)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，但電弧(hu)通(tong)道(dao)(dao)(dao)中壓(ya)(ya)力(li)降低了。

由此可見，在有石英(ying)砂(sha)的(de)(de)熔斷(duan)器的(de)(de)電(dian)弧通道中，隨填(tian)充密(mi)度的(de)(de)增加(jia)(jia)產(chan)生(sheng)了兩個相反過程。一(yi)方面，隨填(tian)充密(mi)度增加(jia)(jia)，電(dian)弧通道的(de)(de)截面減小，基本粒(li)子(zi)密(mi)度和壓力(li)增加(jia)(jia)。另一(yi)方面，隨電(dian)弧通道截面減小，電(dian)弧輸出能量(liang)增加(jia)(jia)。這(zhe)(zhe)時(shi)(shi)，在保持高的(de)(de)基本粒(li)子(zi)密(mi)度情(qing)況下(xia)，電(dian)弧通道中溫度減小，雖然，基本粒(li)子(zi)密(mi)度開始時(shi)(shi)迅速增加(jia)(jia)，從而填(tian)充密(mi)度增加(jia)(jia)時(shi)(shi)通道中壓力(li)增加(jia)(jia)，然后溫度迅速降低，這(zhe)(zhe)就(jiu)導(dao)致壓力(li)經過較大值后減小。用類似方法，可改(gai)變熔斷(duan)器外殼壁上的(de)(de)壓力(li)。這(zhe)(zhe)一(yi)點在試驗中已觀(guan)察到了。

試驗表明，增(zeng)加(jia)石(shi)英砂填充(chong)密(mi)度有助于改善滅弧，減小焦(jiao)耳積分，熔片燒損長(chang)度。但是(shi)，隨著填充(chong)密(mi)度增(zeng)加(jia)，熔斷(duan)(duan)器分斷(duan)(duan)短路(lu)電流時在其(qi)兩(liang)端產生的(de)過(guo)電壓可能會升高。

因此，用(yong)熔斷(duan)器保護(hu)(hu)(hu)過(guo)電(dian)壓(ya)值不(bu)受(shou)(shou)限制的(de)裝置(zhi)(zhi)時(shi)(shi)，石英砂填充(chong)密(mi)度(du)可以選擇大于(yu)1.74克(ke)/厘米3，此時(shi)(shi)熔斷(duan)器所有的(de)重(zhong)要特性(xing)得到明顯改善。用(yong)熔斷(duan)器保護(hu)(hu)(hu)過(guo)電(dian)壓(ya)值受(shou)(shou)限制的(de)裝置(zhi)(zhi)時(shi)(shi)，例如用(yong)來保護(hu)(hu)(hu)有半導體設備的(de)裝置(zhi)(zhi)時(shi)(shi)，需(xu)要采取特殊措(cuo)施減小過(guo)電(dian)壓(ya)，或選擇既對滅弧有效，又不(bu)致(zhi)產(chan)生太(tai)高過(guo)電(dian)壓(ya)的(de)填充(chong)密(mi)度(du)。