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熔断器UL248-14和IEC60127-2标准差异解读

文章来源 : 广东优科检测 发表时间:2019-04-24

熔断器在电子产品中广泛使用,也有各种设计规格。从产品安全角度考虑,使用者应该了解,满足安规要求的熔断器实际上特性也有所不同。本文通过对UL248-14IEC60127-2标准的对比,让读者更加明确不同标准对同一个产品的认证要求,避免在今后的熔断器UL认证TUV认证中出现问题。

熔断器UL248-14和IEC60127-2标准差异解读


一、不同标准下熔断器分类
熔断器或者类似的保护电路的目的,就是在过流或者短路的情况下保护电子产品和元件。特别是这些设备能防止在故障条件下的过热或者火灾。所以,熔断器可以被认为具有两个功能:决定最大的连接故障电流以及在故障电流超过最大连续故障电流时断开电路。

熔断器基本上都包含一个内部装置,这个装置的典型结构是装在一个外壳里面,并且连接到接触端子。当有故障电流产生时,流过熔断器的大电流将这个装置融化,从而断开连接。这是因为,当连接处于冷态时具有低阻抗,但是当它变热时阻抗增加直至达到一个已知的熔化点。也就是说,这个装置的状态在定义好的时间内由固态变成液态或者气态,从而将电流降到零。

为利于加强对标准的理解,本文对熔断器参数和术语进行讨论。
额定电压
熔断器不仅对电流敏感,它也必须工作在额定电压以内。高电压熔断器也可以用在电压很低的电路中。例如,一个额定250V的熔断器可以被用于一个120V的电路中。但是在超过其额定电压的环境下。使用熔断器可能导致爆炸,由此可能引起火灾。

额定电流
制造商会推荐一个熔断器可以承受的电流,这个稳态电流就是额定电流。

环境温度
环境温度是指熔断器周围直接接触的外部大气温度。过电能力测试在25℃条件下测试,但是熔断器的能力会受环境温度影响。正常工作电流越大熔断器温度越高。实际经验表明,为了防止过早地烧毁熔断器,环境温度应该保持在70℃以下。

额定断路电流
通常以被称作断路能力,熔断器的额定断路电流是指设备在额定电压下能够安全断开的最大通过电流。根据熔断器的类型和设计的不同,这个电流可以达到几安培到几千安培。通常,玻璃熔断器的熔断能力较低而陶瓷熔断器能有较高的熔断能力。

UL248-14中的一个典型的额定值是在125VAC下10000A。如果在125VAC电路上出现小于10000A的过电流,熔断器可以安全的熔断。但是,如果过电流超过10000A,发生破坏的风险就会增大。

IEC60127-2将熔断器按照熔断能力分为三个组。低熔断能力熔断器是指在35A或者十倍额定电流(两者取其大者)下测试的熔断器。工业上用字母L来表示这类熔断器。标称具有加强熔断能力的熔断器要通过150A的测试,用字母E来标示这种能力。高熔断能力的断路器用字母H标示,要通过1500A的测试(见附图)。

时间-电流(T-I)曲线
时间-电流曲线是研究熔断器特性工程师使用的最广泛的图形之一。这个曲线主要用来计算在设定的过载条件下熔断器的熔化时间,通常画在双对数坐标纸上。图像的纵轴代表时间,以秒为单位;横轴代表故障电流的范围,以安培为单位(例子见附表)。

一个典型的时间-电流曲线 曲线右侧的过电流将会熔断熔断器

附图 一个典型的时间-电流曲线 曲线右侧的过电流将会熔断熔断器


如果设备测试时的瞬间起峰电流或者预期故障电流是已知的,工程师找到过载电流在横轴上的位置,然后沿着纵轴方向向上找到与相应的熔断器特性曲线的交点,在纵轴上就可以读出熔断时间。

IEC60127-2中除了通过断路能力来对熔断器分类之外,还通过时间-电流曲线进一步分类。熔断器分级定义如下:
▪ 超快速作用(FF);
▪ 快速作用/快速熔断(F);
▪ 中速作用/半延时(M);
▪ 慢速熔断/时差/延时(T);
▪ 超慢速作用/超常延时(TT)。

二、熔断器UL248-14和IEC60127-2标准差异
需要注意的是,北美和欧洲对熔断器要求是不同的。最重要的是,两标准是基于完全不同的使用条件得出的。
1、北美
美国应用的熔断器标准是UL248-14。加拿大是CSA22.2 No.248-14。这两个标准实际上是相同的。
熔断器要么是UL列名的,要么是UL认可的。了解这两种情况之间的不同非常重要。UL列名的熔断器满足UL/CSA 248-14标准的所有要求,而UL认可的熔断器不需要满足所有的要求。UL会根据制造商提出的请求来测试熔断器,看它是否满足特定的规格,然后认证它符合这个规格。当使用UL认可的熔断器或者其他UL认可的元件是,工程师应该研究企业提供的可接受使用条件。

使用UL列名的熔断器的优点之一是,在产品已经通过认证后,如果工程师想使用其他制造商的熔断器,是允许的,只要熔断器的额定值和种类一致就可以,而不需要额外对最终产品中的元件进行测试。UL列名表明这个熔断器符合UL248-14的规格,而认可则暗示它由于种种原因不能满足标准要求;后者只能表明UL已经测试过这个部件,而且可以确定它满足制造商提供的规格。这两个选择允许公司提供更广的产品种类,而除了被限制在UL248-14标准之外,还有其他的UL标准可以适用。例如,由于尺寸很小,大多数表面贴的熔断器不能满足UL248-14标准,但是,UL仍然根据制造商的安全规格提供认证。

由于熔断器被认证机构归为关键元器件,在CB或者UL提供的最终产品安全报告中熔断器需受控并应记录。所以,建议设备制造商在找检测机构做产品认证的时候,提供两个或者更多的熔断器样品进行测试。这将避免由于制造商想要使用不同的元器件供应商而导致产品需要重新认证。

2、欧洲
在欧洲以及世界上其他市场上产品中使用的熔断器的认证要求,是由IEC60127来规定的。像北美的标准一样,这个标准也包括许多部分,本文关注的是第二部分。

UL248-14和IEC60127-2的测试要求是不一样的。因此,一个具有UL或者CSA标志的熔断器在没有经过附加测试的情况下,是不能用于除北美市场外的产品中的。反之亦然。UL和IEC标准关于熔断器作用时弧化时间对电流特性(也就是时间-电流曲线)的区别是明显的。

附表显示了UL和IEC标准对于典型的快速作用熔断器设定过载的比较。表中清楚地表明在相同的过载电流下IEC熔断器熔断时间更长。即使这样,UL熔断器也要求在额定电流下至少持续四个小时,经验证明,如果提供100%的额定电流,最终会在此之后的某个点熔断。所以,熔断器制造商建议按照UL248-14要求设计的熔断器,连续通电时只能使用额定电流的75%。但是由于不同的开路特性,根据IEC60127-2要求设计的熔断器可以连续使用在额定电流下。上面的例子中使用的裕度参数是为了模拟现实中的情况,与UL潜在要求的严格控制的实验室情况进行对比。

 

附表 持续过载条件下开路时间,北美和国际标准对比
持续过载条件下开路时间,北美和国际标准对比


北美标准和IEC标准的另一个主要区别是额定电流。UL和CSA认证熔断器的电流可以高达6000A,如果没有特别附加的测试,则取决于UL248-14的分类,由制造商自己来提交并保证这么多的额定电流。而IEC60127-2单独列出了规定的额定电流值 - 1A,2A,3.15A等一些可以生产并通过认证的熔断器。能够通过IEC60127标准认证的最大额定电流值是6.3A。如果想要在欧洲市场上使用超过6.3A电流的熔断器,则要在最终产品中测试熔断器。

这两个标准的压力测试也有很大的不同。IEC60127要求熔断器通过以下耐久试验:在120%的额定电流下运行100个循环,然后在150%额定电流下工作1个小时。如果熔断器仍然可以导通并且能够产生最大电压降10%的增量,则认为测试成功。UL和CSA标准不需要这样的测试。

IEC60127和UL248-14都明确规定要求熔断器要标注制造商名称或者商标,额定电流,额定电压以及熔断能力。

三、结论
熔断器是很小但很关键的电子设备设计元件。正确地选择符合安规要求的熔断器是很重要的。由于北美和欧洲标准的差异,包括UL对于列名和认可的差异,有可能会导致最终产品不能满足安规要求,需要工程师引起注意。

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