CN100587881C - 具有改进的落下特性的熔丝断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的熔丝断路器，这种断路器具有一熔丝管组件，其响应于故障电流或其它的过电流而工作，从而移动到一落下位置。这种熔丝断路器包括熔丝管组件的相对于支承铰链的可枢转的安装件，当熔丝断路器工作时熔丝管组件被释放而枢转运动到落下位置。该熔丝管组件包括一可陷塌的肘节，一旦熔丝断路器工作它即陷塌。该改进的熔丝断路器包括另外的落下辅助件，它通过一在可陷塌的肘节的诸零件之间工作的弹性件设置，以便提供一力来帮助肘节的陷塌。

Description

具有改进的落下特性的熔丝断路器

技术领域

本发明涉及一种改进的熔丝断路器，具体来说，涉及一种具有增强的落下特性和工作性能的改进的熔丝断路器。本发明的改进的熔丝断路器是发表于1998年12月7日、题为“S和C型XS熔丝断路器”的S&C电气公司叙述公告351-30中和美国专利2,553,098、2,745,923和4,414,527中所示的类型。这种类型熔丝断路器可与由S&C电气公司销售的类型的保险丝，例如

保险丝和在美国专利4,317,099中大体上所示的保险丝一起使用。

背景技术

本文中利用的熔丝断路器和保险丝是众所周知的。一典型的熔丝断路器包括一中空的绝缘熔丝管，它具有安装在其相对两端上的导电环圈。一个环圈(通常称之为“排放”环圈)位于熔丝管的排放端，该环圈通常包括一凸耳，该凸耳与由绝缘体的一端装载的一第一触头组件的凸耳凹处或铰链互相配合。另一环圈通常由绝缘体的另一端装载的一第二触头组件保持和闩锁，这样，熔丝管通常平行于绝缘体，但与绝缘体分离。绝缘体可安装在一通用电极或类似结构的交叉臂上。保险丝位于熔丝管内，同时它的端部分别与诸环圈保持电气连续。电路的一端连接于第一触头组件，而电路的另一端连接于第二触头组件。通常，绝缘体和熔丝管定向成大致垂直于地面，这样，排放环圈和第一触头组件位于另一环圈和第二触头组件的下方。熔丝管可包括一高爆破强度的外部，例如，一在其内部具有一灭弧材料的纤维-玻璃-环氧树脂复合物。流过电路的正常电流的流动不会影响保险丝。如果保险丝被设计为对其响应的故障电流或其它过电流出现在电路中，则保险丝工作(将在下文中作详细的描述)。

保险丝的工作允许上环圈本身与上触头组件脱离，于是凸耳和铰链的共同作用使熔丝管向下转动。如果保险丝适当工作则电路中的电流中断，熔丝管的转动给出一视觉上的指示，表示熔丝断路器已工作，电路得到保护，例如，落下工作到一所谓的落下位置。典型的保险丝包括一第一接线端和一第二接线端，两端之间通常连接一可熔化元件，该元件由纯银、银-锡合金或诸如此类金属制成。连接在两端之间的还可以是一应变金属线(strain wire)，其用途将在下文中描述。第二接线端与一按钮组件保持电气的连续，通常采取机械方式的连接，按钮组件与熔丝管上的上环圈的一部分可接合。第一接线端连接于一柔软的多股电缆段。包围第二接线端的至少一部分、可熔元件、应变金属线(如果使用的话)、第一接线端以及柔性多股电缆的某些部分是一护套。该护套通常由所谓的消融的(ablative)灭弧材料制成，当其暴露在高压电弧的热量面前，它消融而快速地析放出大量去离子的湍流的和冷却的气体。通常，护套远短于熔丝管，并不到熔丝管的排出端即终止。

多股电缆的自由端从其排放端引出熔丝管，并具有通过一凸耳上的弹簧加载的转动板保持在其上的张力或拉力。通过转动板施加在电缆上的张力或拉力试图将电缆和第一接线端拉出护套和熔丝管。转动板的力受到应变金属线的抑制，而典型的可熔元件不具有足够的机械强度来抵抗该张力或拉力。在典型的熔丝断路器工作中，一故障电流或其它的过电流首先导致可熔元件的熔化或蒸发，其后紧跟着应变金属线熔化或蒸发。在这样的熔化或蒸发之后，一高压电弧产生在护套内的第一和第二接线端之间，此时，转动板自由地将电缆和第一接线端拉出护套，最后拉出熔丝管。当电弧形成时，护套的灭弧材料开始消融，析放出大量的去离子的湍流的和冷却的气体。在转动板的作用下第一接线端的运动，以及因如作用在一活塞上的析放的气体而引起的第一接线端的其后的快速运动，导致电弧被拉长。去离子的湍流的和冷却的气体的存在加上电弧的拉长，根据故障电流或其它过电流的强度，最终导致电弧熄灭和电流中断，使其后的电流为零。多股电缆上的张力的失去使凸耳相对于排放环圈产生某些初始运动，这允许上环圈本身脱离上触头组件。这起动熔丝管的一向下的转动，使其上环圈到达一所谓的“落下”或“下落”的位置。

如上所述，护套内电弧的拉长和析放的气体的作用可熄灭电弧。然而，在非常高的故障电流或过电流强度下，电弧的拉长和护套通过其本身不能足够地达到此目的。简单来说，在非常高的故障电流强度下，或者护套可能爆破(因为析放气体的压力非常高)或者不充分的气体可能从中析放而熄灭高电流强度的电弧。出于这些原因，熔丝管用消融灭弧材料制成，或用消融灭弧材料作内衬。在护套爆破的情形中，熔丝管的灭弧材料与电弧、与析放的气体相互作用，从而使电弧被熄灭。如果护套不爆破，则除了从护套析放气体外，在护套端与熔丝管排放端之间的熔丝管的灭弧材料可用来析放气体。析放气体的两种数量的联合作用，加上电弧的拉长，可将电弧熄灭。

当一熔丝管合适地定位在安装件的上和下触头组件之间时，熔丝管的触头牢固地接合在安装件的触头组件内。当保险丝工作时，在熔丝管内析放出的气体推动保险丝抵靠于安装件的上触头组件。理想的是，接触帽不应脱离内腔，直到保险丝的可熔元件完全地熔化而释放电缆内的张力，以及直到熔丝管的初始推力减小为止。张力的释放和熔丝管推力的减小，使排放环圈与凸耳之间有一围绕其间的一肘节的有限的相对运动。这种有限的运动使接触帽移出内腔，且由于凸耳在铰链盒内的转动熔丝管开始朝向落下位置运动。如果在推动过程中熔丝管过分沿横向移动，则接触帽可过早地脱离内腔。熔丝管的第三的横向运动可在其上施加一弯曲运动。该弯曲运动可断裂排放环圈附近的熔丝管。熔丝管或保险丝护套的形成在各部分上的腐蚀和尺寸的变化(例如，由于环境的因素)可恶化适当的落下作用。

因此，为了达到如上所述的合适的工作，重要的是，尽管有任何的使工作变劣的环境或条件，但落下的工作应能容易地实现。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种带有改进的落下特性的熔丝断路器。

本发明的上述和其它目的通过一种改进的熔丝断路器来实现，该种熔丝断路器具有一熔丝管组件，它响应于一故障电流或其它的过电流而工作，以移动到一落下位置。这种熔丝断路器包括熔丝管组件的相对于一支承铰链可枢转的安装件，当熔丝断路器已工作时熔丝管组件被释放而枢转运动到落下位置。熔丝管组件包括一可陷塌的肘节(toggle joint)，一旦熔丝断路器工作它即陷塌。该改进的熔丝断路器包括另外的落下辅助件，它通过一在陷塌的肘节的诸零件之间工作的弹性件进行设置，以便提供一力来帮助该肘节的陷塌。

附图说明

图1是根据本发明的一改进的熔丝断路器的立体图；

图2是图1的熔丝断路器的熔丝管组件的正视图；

图3是图2的熔丝管组件处于一工作位置的放大的局部视图；以及

图4是图1-3的熔丝断路器的落下辅助件的放大的正视图。

具体实施方式

首先参照图1，图中示出一根据本发明的改进的熔丝断路器12，它包括一绝缘体14和一从中延伸的安装件16。安装件16允许绝缘体14和熔丝断路器12安装到一通用电极等(未示出)的竖直向上或交叉臂上。固定到绝缘体14的上端的是一上触头组件18。此外，附连到绝缘体14的下端的是一下触头组件20。熔丝断路器12还包括一熔丝管组件22(也示于图2中)，在熔丝断路器12的正常的、连接于电路或不工作的条件下，熔丝管组件22可保持在如图1所示的大致垂直的位置上，例如，熔丝断路器通常安装在略微偏离垂直线的角度上。

现考虑熔丝管组件22的更为具体的特征。熔丝管组件的包括一众所周知类型的绝缘的熔丝管24，它可包括内衬有一灭弧材料的环氧树脂-纤维-玻璃复合物的外壳。安装或固定到熔丝管24的上端的是一上环圈组件26，而在熔丝管24的相对的下端或排放端处是一下方的或排放环圈组件28。在如图1所示的熔丝管组件22的位置中，下环圈组件28被下触头组件20保持住，而上环圈组件26被上触头组件18保持和闩锁而不能运动。

上触头组件18包括一支承杆30和一大致平行于支承杆30的一部分延伸的反弹臂和接触罩盖32。靠近绝缘体14的顶部，杆30和臂32通过一紧固件或诸如此类的零件36安装于一固定在绝缘体14的顶部的连接器组件40的一部分。连接器组件40便于将上触头组件18连接到高压电路的电缆或导线上。

上触头组件18还包括一弹簧触头臂42和一支持弹簧44，该支持弹簧定位在弹簧触头臂42与反弹臂与接触罩盖32之间，例如，支持弹簧44在一端处位于从触头臂42的顶部延伸的凸起45之上，在另一端位于从反弹臂和接触罩盖32向下延伸的凸起(未示出)之上。支持弹簧44在触头臂42与熔丝管组件24的顶部之间提供高接触压力(将在下文中作详细解释)。如在电力工业中普遍采用的，支承杆30在向下弯曲部分35处包括一附连钩48，用来与一便携的断路工具协同工作。

熔丝管组件24的上环圈组件26包括一固定于熔丝管24上端的环圈50。环圈50通常包括一螺纹部分(未示出)，一接触帽52被拧入到该螺纹部分上。接触帽52被构造成：当熔丝管组件22处于如图1所示的位置时，例如，通过形成在与凸起45相对的弹簧触头42内的一凹陷或内腔(未示出)将接触帽装配进入并被保持住。环圈50通常还包括一拉环54。拉环54可与一钩棒或诸如此类的零件进行啮合，以便将上环圈组件26移动离开上触头组件18，同时下环圈组件28在下触头组件20内转动，这将在下文中予以描述。

鉴于高压电路的特性，当连接到熔丝断路器10的电路断电时，必须实施熔丝管组件22的这种打开运动，否则，一电弧将形成在上环圈组件26与上触头组件18之间。通过初始附连在附连钩48和拉环54之间的一便携的断路工具，也可打开熔丝管组件22。这样一便携的断路工具允许在电路通电、瞬间对其传送电路10内的电流时打开熔丝管组件22，并中断其内部的该电流。

下触头组件20包括通过一紧固件或诸如此类零件60连接于一安装件58的支承件56。该支承件56安装有一连接器62，例如平行槽连接器，以便将下触头组件20连接于其中将使用熔丝断路器12的高压电路的另一电缆或导线。支承件56通过凸耳凹处64提供一铰链功能。凸耳凹处设计成：与由熔丝管24装载的凸耳68的向外延伸部分66(也示于图3中)协作并被保持住。具体说，固定到熔丝管24的下环圈72在肘节70处可枢转地安装凸耳68。因此，凸耳68用作一肘节件，并为熔丝管24形成一对枢轴安装件：第一枢轴形成在肘节连接70处，而第二枢轴由在铰链支承件56的凸耳凹处64内的凸耳68的延伸部分66形成。

如在下文中所述，凸耳68和环圈72通常刚性地保持在图1所示的相应位置。在凸耳68和环圈72的该通常的相对位置中接触帽52被弹簧触头42接合，而将熔丝管组件22保持在图1所示的位置。再者，如在下文中更详细地描述的，当熔丝管24内的保险丝(未示出)工作时凸耳68和环圈72不再被刚性地保持住，且环圈72可围绕肘节连接70相对于凸耳68向下转动。环圈72的这种运动允许接触帽52脱开弹簧触头42，其后，通过凸耳凹处64内的延伸部分66的转动、整个熔丝管组件22围绕下触头组件20转动。考虑到附加的结构特征，一转动板74可转动地安装在凸耳68上。一安装在凸耳68与转动板74之间的弹簧75偏压转动板74使其远离熔丝管24的下端或排出端。凸耳68包括台肩76或其它类似结构特征。支承件56还包括结构特征，例如台肩78，当凸耳68的延伸部分66坐落在其对应的凸耳凹处64内时，该台肩78通常与台肩76间隔开。台肩76和78之间的正常的间隔足以允许熔丝管24在工作过程中(将在下文中描述)相对于下触头组件20作适当的运动。

在使用中，保险丝首先安装到熔丝管组件22内。在此说到拆去接触帽52和将保险丝从上端插入熔丝管24的内部，这就足够了。保险丝的一部分抵触于环圈50的顶部处的一台肩(未示出)，其后，将接触帽52拧回到环圈50上。为获得另外的信息和细节，可参照S&C电气公司的说明书351-500和上述的专利。形成保险丝一部分的柔性多股电缆80离开熔丝管24的下端或排出端内的排出孔81。手动地克服弹簧75的作用转动该转动板74，以将其定位到排出孔81的附近，其后电缆80敷设到转动板74内的通道82内。此后，电缆80围绕有凸缘的螺栓84(示于图2-4中)裹绕，有凸缘的螺栓通过一螺纹部分85拧入到凸耳68内。在拧紧有凸缘的螺栓84而固定住电缆80之后，转动板74抵抗弹簧75的偏压而保持在如图1所示的位置上，在此有一恒定的张力施加于电缆80和熔丝管24内的保险丝的其余部分。正是通过有凸缘的螺栓84和转动板74上的弹簧75的作用而形成这种电缆80与凸耳68的连接，才正常地相对于肘节70将凸耳铸件(trunnion casting)68和环圈72保持在如图1所示的位置上。

在熔丝管24内的保险丝工作之后，转动板74能够在熔丝管24内向下移动电缆80。转动板74施加在电缆80上的张力的释放允许环圈72和凸耳68围绕肘节70相对运动，以允许接触帽52与弹簧触头42分离。在电缆80内的张力释放之后以及在熔丝管24的初始向上推力衰减之后，发生环圈72和凸耳68的相对运动。如在上述专利中较为详细解释的那样，当熔丝管24内的保险丝的可熔元件(未示出)熔化时，随之而来的是快速析出熔丝管24内的熄弧气体。这析出的气体以非常快的速度从熔丝管24的排出孔81放出，从而向上推熔丝管24。

当保险丝工作时，电缆80上的张力释放，同时上推熔丝管24。尽管凸耳68相对于环圈72和围绕肘节70的相对运动不立即与快速气体排放同步地发生，但它可在响应于电缆80内张力的释放后很快就发生。这种相对运动允许接触帽52与触头臂42脱开和熔丝管组件22转动以致通过凸耳凹处64内的凸耳68的延伸部66的转动而转到一“落下”位置。所有以上的动作被“定时的”，以在保险丝已经中断电路中电流时或之后启动熔丝管组件22的转动。

因腐蚀、污染物或雨雪会引起摩擦阻力，使凸耳68不能围绕铰链支承件56枢转。如果发生这种情况，熔丝管24将会保持在原位上而不落下，因此不能提供要求的和必要的气隙来防止熔丝管24上的泄漏。为此，在凸耳68的下表面上设置一触点表面86，其与转动板74的间隔开的侧壁90的上边缘88相接合。因此，转动板74的冲击和弹簧75的作用可帮助凸耳68围绕肘节70的枢转。在某些情形中，可以要求和/或必须进一步改进落下特性，尤其是：1.保险丝或熔丝管部件可能因环境因素经历尺寸的变化，和/或2.熔丝断路器的安装件和熔丝管组件出自不同的厂商，它们可能不能理想地适合彼此合作，即，接口、配合部分与它们所设计的不一致。

根据本发明的重要方面，通过围绕螺栓84的轴装载的弹簧92设置一附加的落下辅助件，例如螺栓84的轴，该轴在超出较宽的螺纹轴部分96具有一变窄的部分94。在一特定的实施例中，变窄的部分94包括一用来将弹簧92附连到螺栓84的螺纹部分98。当螺栓84拧入到凸耳68内并拧紧而固定电缆80时，弹簧92受到压缩。弹簧92的压靠于下环圈组件28的环圈72的延伸的小凸起100。因此，当熔丝工作和电缆80被释放时，弹簧92作用而直接地围绕肘节70转动凸耳68，以帮助熔丝管组件22的落下动作。应该指出的是：这种辅助的作用比凸耳68因其被释放而作的枢转的作用更有效，而且比转动板74的释放作用有一更宽的范围和时间。

因此，带有弹簧92的螺栓84两者作为一整体组件104执行一落下的辅助功能，还用来保持或夹持电缆80，以将熔丝管组件保持在上和下触头组件18和20内。还应该指出的是：由于这种类型的每个熔丝断路器12利用一诸如84的螺栓来夹紧电缆80，所以，仅仅通过用落下辅助件104替代传统的螺栓来夹紧电缆80，则落下辅助件104能够在其领域内容易地翻新。此外，在特定的实施例中，通过选择弹簧92的弹性特性，要求的附加的落下辅助件可以变化。本技术领域内的技术人员将会明白：应备制和/或精加工弹簧92的前导表面和/或下环圈组件28的环圈72的延伸的小凸起100，这样，当在保险丝的安装过程中拧紧螺栓84以及在熔丝断路器12的工作过程中其可靠地脱开时，提供弹簧92自由的转动。

尽管本文已经图示和描述了本发明的各种实施例，但本技术领域内的技术人员将会明白到，可以作出各种变化和修改。因此，本发明意图在附后的权利要求书中涵盖所有落入本发明的真正的精神和范围内的这种变化和修改。

Claims (4)

1.一种具有落下特性的熔丝组件，其中包含一保险丝的一熔丝管被一闩锁保持，以将第一接线端和第二接线端互连，该第二接线端具有一与其连接的支承件，一肘节位于该支承件上且位于熔丝管的下端上，用于落下熔丝管以脱离闩锁，并允许熔丝管向下转动到一落下位置，一转动板在该肘节上枢转并适于被保险丝抑制，一弹簧偏压该转动板，用于在所述保险丝工作时从熔丝管中拉出被释放的保险丝的一部分，以及，落下辅助件作用在肘节与熔丝管之间以偏压肘节，以便枢转，从而落下和脱开闩锁，所述落下辅助件包括一弹性件。

2.如权利要求1所述的熔丝组件，其特征在于，还包括一用来将保险丝夹紧到肘节上的螺栓，所述落下辅助件由所述螺栓承载。

3.一种具有落下特性的熔丝组件，具有包含一保险丝且由一闩锁保持以将第一接线端和第二接线端互连的熔丝管，该第二接线端具有一与其连接的支承件，一肘节在该支承件上且在熔丝管的下端上枢转，用于落下熔丝管以脱离闩锁，并允许熔丝管向下转动到一落下位置，一转动板在肘节上枢转并被保险丝抑制，一弹簧偏压该转动板，用于在所述保险丝工作时从熔丝管中拉出被释放的保险丝的一部分，用于提高落下特性的一螺栓，以及一弹性件，所述弹性件由所述螺栓装载以作用在肘节与熔丝管之间以偏压肘节，以便枢转，从而落下所述熔丝管和脱开所述闩锁。

4.一种用于提高熔丝组件的落下特性的方法，该熔丝组件具有包含一保险丝且由一闩锁保持以互连第一接线端和第二接线端的熔丝管，该第二接线端具有与其连接的一支承件、一肘节在支承件上和在熔丝管的下端上枢转，用来落下熔丝管以脱离闩锁，并允许熔丝管向下转动到一落下位置，一转动板在肘节上枢转并被保险丝抑制，一弹簧偏压转动板，用于在所述保险丝工作时从熔丝管中拉出被释放的保险丝部分，一螺栓，以及一弹性件，所述弹性件由所述螺栓承载以作用在肘节与熔丝管之间并偏压肘节，以便枢转，从而落下所述熔丝管和脱开所述闩锁。

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