熔斷器生產(chǎn)中常因熔管內(nèi)石英砂的填充密度ρn不夠，使其分?jǐn)噙^電流時(shí)的工作特性變壞，甚至使熔管損壞。因此，研究熔斷器的石英砂的填充密度對(duì)電弧過程的影響既是一項(xiàng)非常迫切、又是一項(xiàng)有實(shí)際意義的工作。此外，研究這些過程對(duì)于制定有填料熔斷器電弧過程的數(shù)學(xué)模型是必需的。本文闡述了這些試驗(yàn)研究的結(jié)果。

為了進(jìn)行試驗(yàn)，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(zhǎng)為100毫米，內(nèi)截面為26×28毫米²，兩個(gè)端部用蓋子蓋住。蓋子上面裝有電流至250安的IIH-2型熔斷器的觸刀。熔片焊在觸頭上。試驗(yàn)使用鋁制和銅制熔片，熔片是厚為0.14毫米，寬為10毫米的薄的小條。在熔片中心有一個(gè)長(zhǎng)1毫米矩形熔化狹頸。銅熔片的狹頸寬為1.5毫米，鋁熔片的頸寬為0.5毫米。這樣做的目的是使得在兩種情況下通過熔斷器的電流相同。

測(cè)量在電壓500伏直流回路中進(jìn)行。用帶三相整流器的感應(yīng)調(diào)壓器作為電源。熔斷器接到整流器輸出端，與電感和附加電阻串聯(lián)。電感用來減小整流電流的脈動(dòng)，而電阻用來調(diào)節(jié)整流電流值。

回路電流是1370安，回路時(shí)間常數(shù)是2.3毫秒。通過熔斷器的較大電流為1230安，用H115型示波器作為記錄裝置。記錄了熔斷器的電流、電壓，電弧放出的能量和作用在熔斷器外殼內(nèi)壁上的壓力。通過與熔斷器串聯(lián)的無感分流器上取出的電壓信號(hào)記錄了電流。借助霍爾傳感器拍攝了能量的示波圖。

為了用現(xiàn)有的測(cè)量小位移和小振動(dòng)的儀器來測(cè)量作用在熔斷器外殼內(nèi)壁上的壓力，設(shè)計(jì)了專用裝置，其工作原理是：當(dāng)從儀表中取出的電感與導(dǎo)電材料制成的表面間距離變化時(shí)，高頻發(fā)生器振蕩回路的振蕩頻率也發(fā)生變化。這種頻率的變化在儀表中就變成輸出電壓值的變化。

傳感器是一個(gè)從儀表中取出的電感線圈，它繞在一個(gè)環(huán)形鐵心上，鐵心的徑向開了窄縫。鐵心放在圓柱形外殼中，并與其固定連接。在外殼上擰上帶薄膜的蓋。蓋子在外殼上固定，使薄膜中心對(duì)著鐵心上的縫隙，并與它相隔一定距離。當(dāng)發(fā)生器工作時(shí)，磁場(chǎng)在縫隙區(qū)內(nèi)擴(kuò)散，并與薄膜表面相切。在薄膜中感應(yīng)出渦流，因?yàn)闇u流的磁場(chǎng)相對(duì)線圈磁場(chǎng)位移半個(gè)周波，所以引起線圈磁場(chǎng)的改變。從鐵心上的縫隙到薄膜的距離變化，相應(yīng)地引起線圈電感和發(fā)生器振蕩頻率的變化。

傳感器和測(cè)量裝置連接。測(cè)量裝置的原理圖不同于文（2）中的線路。因?yàn)橛藐帢O示波器進(jìn)行記錄，所以僅改變輸出級(jí)。

由于傳感器有較好的靜態(tài)特性，所以它可用定壓力進(jìn)行校準(zhǔn)。改變薄膜和鐵心縫隙間的距離可改變傳感器的靈敏度，因此用同一傳感器可以測(cè)量數(shù)值范圍很寬的壓力。在熔斷器外殼上有一個(gè)孔，傳感器就裝在這個(gè)孔中，薄膜貼在滅弧室內(nèi)壁的平面上。熔片固定在滅弧室內(nèi)，應(yīng)使熔片的平面平行薄膜表面，且相距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(jìn)行試驗(yàn)未獲成功。因在自由裝料時(shí)，滅弧室內(nèi)的空腔未被石英砂填滿，這會(huì)引起電弧停滯和滅弧室斷裂。因此，試驗(yàn)中所用石英砂較小的充填密度是1.65克/厘米³。

裝料時(shí)通過滅弧室的振動(dòng)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(jìn)入自由空間，讓這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行。這樣，石英砂較大填充密度可達(dá)1.75克/厘米³。石英砂的填充密度取決于填料在滅弧室內(nèi)占據(jù)的已知容積下，裝料前后試驗(yàn)滅弧室的重量。石英砂填充密度的測(cè)量精度較大為0.01克/厘米³。

圖1~3繪出了試驗(yàn)結(jié)果。圖上的每個(gè)點(diǎn)是5次測(cè)量的算術(shù)平均值。實(shí)線對(duì)應(yīng)于銅熔片，虛線對(duì)應(yīng)于鋁熔片。由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，增加填充密度可改善熔斷器分?jǐn)噙^電流時(shí)的一系列動(dòng)作性能：減小燃弧時(shí)間、熔片燒壞的長(zhǎng)度、焦耳積分和電弧放出的能量。但是，分?jǐn)嚯妷杭慈蹟嗥魅蹟鄷r(shí)產(chǎn)生在熔斷器兩端的電壓瞬時(shí)值，隨填充密度的增加而升高。這是因?yàn)楫?dāng)熔化狹頸爆炸性地蒸發(fā)時(shí)金屬蒸汽占據(jù)一定的體積之故，該體積和熔化狹頸的體積和石英砂填料的物理狀態(tài)（密度、晶粒直徑）有關(guān)。

由于填充密度的增加，其壓縮性和晶粒間空隙尺寸減小。因此，溶化狹頸蒸發(fā)時(shí)的金屬蒸汽占據(jù)的體積減小，使蒸汽壓力增加，弧柱電阻增加，電弧電流開始急劇減小。所以石英砂的填充密度增加，使熔斷器分?jǐn)喽搪冯娏鲿r(shí)所產(chǎn)生的過電壓也增加（應(yīng)當(dāng)指出，因?yàn)樵谕瑯宇~定電流的熔斷器中這些熔片狹頸的幾何尺寸不同，所以不能比較銅熔片和鋁熔片的分?jǐn)嚯妷海��?

有關(guān)填充密度對(duì)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(dāng)ρn=1.73克/厘米³時(shí)壓力達(dá)到較大值，然后迅速減小。

填充密度的增加，使其壓力增加，這就使電弧難于分開石英砂并使它壓縮。因此，填料中電弧通道的截面，隨填充密度增加將減小，從而通道中的壓力和密度增加，但是減小電弧通道的截面會(huì)使電弧輸出能量增加和電弧溫度迅速降低。這時(shí)盡管基本粒子在電弧通道體積內(nèi)的密度可以繼續(xù)增加，但電弧通道中壓力降低了。

由此可見，在有石英砂的熔斷器的電弧通道中，隨填充密度的增加產(chǎn)生了兩個(gè)相反過程。一方面，隨填充密度增加，電弧通道的截面減小，基本粒子密度和壓力增加。另一方面，隨電弧通道截面減小，電弧輸出能量增加。這時(shí)，在保持高的基本粒子密度情況下，電弧通道中溫度減小，雖然，基本粒子密度開始時(shí)迅速增加，從而填充密度增加時(shí)通道中壓力增加，然后溫度迅速降低，這就導(dǎo)致壓力經(jīng)過較大值后減小。用類似方法，可改變?nèi)蹟嗥魍鈿け谏系膲毫�。這一點(diǎn)在試驗(yàn)中已觀察到了。

試驗(yàn)表明，增加石英砂填充密度有助于改善滅弧，減小焦耳積分，熔片燒損長(zhǎng)度。但是，隨著填充密度增加，熔斷器分?jǐn)喽搪冯娏鲿r(shí)在其兩端產(chǎn)生的過電壓可能會(huì)升高。

因此，用熔斷器保護(hù)過電壓值不受限制的裝置時(shí)，石英砂填充密度可以選擇大于1.74克/厘米3，此時(shí)熔斷器所有的重要特性得到明顯改善。用熔斷器保護(hù)過電壓值受限制的裝置時(shí)，例如用來保護(hù)有半導(dǎo)體設(shè)備的裝置時(shí)，需要采取特殊措施減小過電壓，或選擇既對(duì)滅弧有效，又不致產(chǎn)生太高過電壓的填充密度。