CN1650379A - 具有改进的下降特性的熔丝断路器 - 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操作，便移动到一下降位置。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，当熔丝断路器已操作时熔丝管组件被释放而枢转运动到下降位置。该熔丝管组件包括一可陷塌的肘节，一旦熔丝断路器操作它即陷塌。该改进的熔丝断路器包括另外的下降辅助，它通过一在陷塌的肘节的诸部件之间操作的弹性件进行设置，以便提供一力来帮助肘节的陷塌。

Description

具有改进的下降特性的熔丝断路器

发明的背景

发明领域

本发明涉及一种改进的熔丝断路器，具体来说，涉及一种具有提高的下降(dropout)特性和操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S&C电气公司所展示类型的产品。描述性公告351-30发表于1998年12月7日，题为“S&C型XS熔丝断路器”，还可见美国专利2,553,098、2,745,923和4,414,527。这种类型熔丝断路器可用于由S&C电气公司出品类型的熔丝连接，例如Positrol^Fuse Link，大致显示在美国专利4,317,099。

对已有技术的讨论

本文中使用的熔丝断路器和熔丝连接(fuse link)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，它具有安装在相对两端上的金属套箍。一个套箍(通常称之为“排放”套箍(″exhaust″ferrule))位于熔丝管的排放端，通常包括一耳轴，它与由绝缘体的一端承载的一第一触头组件的耳轴盒或铰链互相配合。另一套箍通常由绝缘体的另一端承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，但与绝缘体隔离。绝缘体安装在一体的电极或类似结构的交叉臂上。熔丝连接位于熔丝管内，使其端部分别与诸套箍保持电气的连续。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，排放套箍和第一触头组件位于另一套箍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玻璃纤维环氧复合物。流过电路的正常电流的流动不会影响熔丝连接。如果被设计为熔丝连接要响应的故障电流或其它过电流出现在电路中，则熔丝连接工作(将在下文中作详细的描述)。

熔丝连接的工作允许上套箍本身从上触头组件脱离，因为耳轴和铰链的共同作用使熔丝管向下转动。如果熔丝连接操作适当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，下降操作到一所谓的下降位置。典型的熔丝连接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，其由纯银、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套箍的一部分接合。第一接线端连接于一柔软的多股绞合段电缆。包围第二接线端的至少一部分、熔丝元件、应变金属线(如果使用的话)、第一接线端以及柔性多股绞合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涡流和冷却气体。通常，护套远短于熔丝管，并不到熔丝管的排出端即终止。

多股绞合电缆的自由端从其排放端退出熔丝管，并具有通过一耳轴上的弹簧加载的鳍状物保持在其上的张力或拉力。通过鳍状物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。鳍状物的力受到应变金属线的抑制，而典型的熔丝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操作中，一故障电流或其它的过电流首先导致熔丝元件的熔化或蒸发，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，现在，鳍状物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涡流和冷却气体。在鳍状物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。去离子涡流和冷却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水平，最终导致电弧熄灭和电流中断，使其后的电流为零。多股绞合电缆上的张力的失去使耳轴相对于排放套箍产生某些初始运动，排放套箍允许上套箍本身脱离上触头组件。这起动熔丝管的一向下的转动，使其上套箍到达一所谓的“下降”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水平下，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水平下，或者护套可能爆破(因为析放气体的压力非常高)或者不足够的气体可能从中析放而熄灭高电流水平的电弧。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，由该作用放出的气体使电弧被熄灭。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。两种数量析放气体的联合作用，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。当熔丝连接操作时，在熔丝管内析放出的气体推动熔丝连接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，直到熔丝连接的熔丝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平息为止。张力的释放和熔丝管推力的减缓，使排放套箍与耳轴之间有一围绕其间的一肘节的限量的相对运动。这种限量的运动使接触帽移出内腔，且由于耳轴在铰链盒内的转动熔丝管开始朝向下降位置运动。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套箍附近的熔丝管。熔丝管或熔丝连接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)可恶化适当的下降作用。

因此，为了达到如上所述的合适的操作，重要的是，尽管有任何的使操作变劣的环境或条件，但下降的操作应能容易地达到。

发明概要

因此，本发明的主要目的是提供一种带有改进的下降特性的熔丝断路器。

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，以移动到一下降位置。这种熔丝断路器包括熔丝管组件的相对于一支承铰链(support hinge)可枢转的安装件，当熔丝断路器已工作时熔丝管组件释放而枢转运动到下降位置。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下降帮助(drop assistance)，它通过一在陷塌的肘节的诸零件之间操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侧视图；

图3是图2的处于一操作位置的熔丝管组件放大的局部视图；以及

图4是图1-3的熔丝断路器的下降辅助件(dropout assist member)的放大的侧视图。

详细描述

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安装到有效的电极等(未示出)的竖直向上或交叉臂上。附连到绝缘体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、连接于电路或不操作的条件下，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玻璃纤维复合物的外壳。安装或附连到熔丝管24的上端的是一上套箍组件26，而在熔丝管24的相对的下端或排放端处是一下或排放套箍组件28。在如图1所示的熔丝管组件22的位置中，下套箍组件28被下触头组件20保持住，而上套箍组件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和一反冲臂(recoil arm)以及一大致平行于支承杆30的一部分走向的接触罩盖32。靠近绝缘体14的顶部，杆30和臂通过一紧固件或诸如此类的零件36安装于一附连在绝缘体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连接到电缆或高压电路的导体上。

上触头组件18还包括一弹簧触头臂42和一支持弹簧44，其定位在弹簧触头臂42与反冲臂与接触罩盖32之间，例如，支持弹簧44定位在一端处越过一从触头臂42的顶部延伸的内腔45，在另一端处越过一从反冲臂和接触罩盖32向下延伸的内腔(未示出)。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处包括一附属钩48，用来与一便携的断路工具协同操作。

熔丝管组件24的上套箍组件26包括一附连于熔丝管24上端的套箍50。套箍50通常包括一螺纹部分(未示出)，一螺纹的接触帽52可旋入到该螺纹部分上。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，通过一形成在与内腔45相对的弹簧触头42内的凹陷或内腔(未示出)将接触帽配装入并被保持住。套箍50通常还包括一拉环54。拉环54可通过一钩棒或诸如此类的零件进行接合，以便将上套箍组件26移离上触头组件18，而下套箍组件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，必须实施熔丝管组件22的这种操作运动，而连接到熔丝断路器10的电路断电，否则，一电弧将形成在上套箍组件26与上触头组件18之间。通过初始地附连在附属钩48和一便携的断路工具的拉环54之间，熔丝管组件22还可打开。这样一便携的断路工具允许熔丝管组件22打开而使电路通电，即刻，电流传输到电路10内，并中断其内部的该电流。

下触头组件20包括一通过一紧固件或诸如此类零件60附连于一安装件58的支承件56。该支承件56承载了一连接器62，例如平行槽连接器，以便将下触头组件20连接于其它电缆或使用熔丝断路器12的高压电路的连接器。支承件56通过耳轴盒64提供一铰链功能。耳轴盒设计成：与由熔丝管24承载的耳轴68(也示于图3中)的向外延伸部分66合作并将其保持住。具体说，附连到熔丝管24的下套箍72可枢转地将耳轴68安装在肘节连接70上。因此，耳轴68用作一肘节件，并为熔丝管24形成一对枢转安装件：第一枢转形成在肘节连接70处，而第二枢转通过耳轴68的延伸部分66形成在铰链支承件56的耳轴盒64内。

如在下文中所述，耳轴68和套箍72通常刚性地保持在图1所示的对应位置。在此耳轴68和套箍72的正常的相对位置接触帽52通过弹簧触头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内的熔丝连接(未示出)工作时耳轴68和套箍72不再被刚性地保持，且套箍72可围绕肘节连接70相对于耳轴68向下转动。套箍72的这种运动使接触帽52脱开弹簧触头42，其后，通过耳轴盒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，一鳍状物74可转动地安装在耳轴68上。一安装在耳轴68与鳍状物74之间的弹簧75偏置鳍状物74使其远离熔丝管24的下端或排出端。耳轴68包括台肩76或其它类似特征。支承件56还包括这样的特征，例如台肩78，当耳轴68的延伸部分66坐落在其对应的耳轴盒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在操作过程中(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，熔丝连接首先安装到熔丝管组件22内。在此说到移去接触帽52和将熔丝连接从上端插入熔丝管24的内部，这就足够了。熔丝连接的一部分邻接于套箍50的顶部处的一台肩(未示出)，其后，接触帽52旋回到套箍50上。为获得另外的信息和细节，可参照S&C Electric Co.的指导书351-500和上述的专利。形成熔丝连接一部分的柔软的多股绞合电缆80退出熔丝管24的下端或排出端内的排出开口81。鳍状物74对抗弹簧75的作用手动地转动，以将其定位到排出开口81的附近，其后电缆80敷设到鳍状物74内的通道82内。此后，电缆80围绕突缘的螺栓84(示于图2-4中)裹复，该突缘的螺栓通过一螺纹部分85旋入到耳轴68内。在拧紧突缘的螺栓84而固定住电缆80之后，鳍状物74抵抗弹簧75的偏置而保持在如图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内的熔丝连接的其余部分。正是通过突缘的螺栓84和鳍状物74上的弹簧75的作用而形成这种电缆80与耳轴68的连接，才正常地相对于肘节接头70将耳轴铸件(trunnion casting)68和套箍72保持在如图1所示的位置上。

在熔丝管24内的熔丝连接操作之后，鳍状物74能够在熔丝管24内向下移动电缆80。施加在电缆80上的张力通过鳍状物74的释放使套箍72和耳轴68围绕肘节接头70相对运动，以使接触帽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，发生套箍72和耳轴68的相对运动。如在上述专利中较为详细解释的，当熔丝管24内的熔丝连接的熔断元件(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的排出开口81放出，从而向上推熔丝管24。

当熔丝连接操作时，电缆80上的张力释放，同时上推熔丝管24。尽管耳轴68相对于套箍72和围绕肘节接头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。这种相对运动使接触帽52与触头臂42和熔丝管组件22脱开，以便通过耳轴盒64内的耳轴68的延伸部66的转动而转到一“下降”位置。所有以上的动作被“定时”，以在熔丝连接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、污染物或雨夹雪会引起摩擦阻力，使耳轴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下降，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，在耳轴68的下表面上设置一砧表面86，其与鳍状物74的间隔开的侧壁90的上边缘88相接合。因此，鳍状物74的冲击和弹簧75的作用可帮助耳轴68围绕肘节接头70的枢转。在某些情形中，要求和/或必须进一步改进下降特性，尤其是：1.熔丝连接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、配合部件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的轴承载的弹簧92设置一附加的下降辅助件，例如螺栓84的轴，其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旋入到耳轴68内并拧紧而固定电缆80时，弹簧92受到压缩。弹簧92的压缩抵抗下套箍组件28的套箍72的延伸的接片100。因此，当熔丝操作和电缆80释放时，弹簧92作用而直接地围绕肘节接头70转动耳轴68，以帮助熔丝管组件22的下降动作。应该指出的是：这种辅助的作用比耳轴68因其释放而作的枢转的作用更有效，而且比鳍状物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84两者作为整体的组件104执行一下降的辅助功能，还用来保持或夹紧电缆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，通过用下降辅助组件104替代传统的螺栓来夹紧电缆80，则下降辅助组件104能够在其领域内容易地翻新。此外，在特殊的实施例中，通过选择弹簧92的弹性特性，要求的附加的下降辅助组件可以变化。本技术领域内的技术人员将会明白：应准备和/或完成弹簧92的前导表面和/或下套箍组件28的套箍72的延伸的接片100，这样，当在熔丝连接的安装过程中拧紧螺栓84以及在熔丝断路器12的操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 (5)

1.在一下降的熔丝组件中，一包含一熔丝连接的熔丝管被一闩锁结构保持，以将上和下接线端互连，该下接线端具有一与其连接的支承结构，并组合一肘节件或在该支承结构上和在熔丝管的下端上枢转，用来下降熔丝管以脱离闩锁结构，并允许熔丝管向下转动到一下降位置，一鳍状物在该肘节件上枢转并适于被熔丝连接抑制，一弹簧偏置该鳍状物，用于在其操作时从熔丝管中撤出被释放的熔丝连接部分，以及，下降辅助装置作用在肘节件与熔丝管之间以偏置肘节件，从而枢转而下降和脱开闩锁结构。

2.如权利要求1所述的组合，其特征在于，所述下降辅助装置包括一弹性件。

3.如权利要求2所述的组合，其特征在于，还包括一用来将熔丝连接夹紧到肘节件上的螺栓，所述下降辅助装置由所述螺栓承载。

4.在一下降的熔丝组件中，一包含一熔丝连接的熔丝管被一闩锁结构保持以将上和下接线端互连，该下接线端具有一与其连接的支承结构，一肘节件或在该支承结构上和在熔丝管的下端上枢转，用来下降熔丝管以脱离闩锁结构，并允许熔丝管向下转动到一下降位置，一鳍状物在肘节件上枢转并适于被熔丝连接抑制，一弹簧偏置该鳍状物，用于在其操作时从熔丝管中撤出被释放的熔丝连接部分，一第一螺栓将熔丝连接夹紧到肘节件上，一结构用来用性能提高的下降设备对下降的熔丝组件改型，其中，用第二螺栓来更换第一螺栓，一弹性件由所述第二螺栓承载以作用在肘节件与熔丝管之间以偏置肘节件，从而枢转以下降和脱开闩锁结构。

5.一种用性能提高的下降设备对下降的熔丝组件改型的方法，该下降熔丝组件包括一包含一熔丝连接的熔丝管，其被一闩所结构保持而互连上和下接线端，该下接线端具有一与其连接的支承结构，一肘节件或在支承结构上和在熔丝管的下端上枢转，用来下降熔丝管以脱离门闩结构，并允许熔丝管向下转动到一下降位置，一鳍状物在肘节件上枢转并适于被熔丝连接抑制，一弹簧偏置鳍状物，用于在其操作时从熔丝管中撤出被释放的熔丝连接部分，一第一螺栓用来将熔丝连接夹紧到肘节件上，该方法包括：通过用第二螺栓来更换第一螺栓、一弹性件由所述第二螺栓承载以作用在肘节件与熔丝管之间并偏置肘节件从而枢转而下降和脱开闩锁结构，来对下降的熔丝组件改型。

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