CN1795523A - 高压厚膜高切断容量基板熔断器 - Google Patents

高压厚膜高切断容量基板熔断器 Download PDF

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Abstract

本发明的主题是高压厚膜高切断容量基板熔断器。本发明的熔断器特征在于：在管状绝缘盒内(1)设置了至少一个绝缘基板(4)，该盒用金属端盖(2)封闭两端并填充熄弧介质(3)，沿基板至少放置了一个呈薄导电膜形式的熔丝元件(5)并且在基板的端部具有端子区域(6)，该端子区域通过设置在端盖内的特殊成形的触点(7)与端盖电连接。熔丝元件包括许多相同的V形模块形成的基本部分和两个在基本部分与端子区域之间形成电连接的端模块。在每个模块中，特定宽度的字母V的臂以向外的弓形部分(8)结束，上述弓形部分通过线段与相邻模块的臂的弓形部分连接，因此形成以不变的角度弯曲许多次以及在每个模块中都有截顶的线，在该线中，至少一个模块包含至少一个边收缩(9)，使得当熔丝过载时电流路径断开。

Description

高压厚膜高切断容量基板熔断器
本发明的主题是可用来保护用于电力工程工业的高电压电气设备和系统，尤其是保护变压器系统，的高压厚膜高切断容量(rupturing capacity)基板熔断器(substrate fuse)。
为保护高压电气系统使用了典型的高压熔断器。熔断器包括管状绝缘管，在管内设置具有带呈条形形状的螺旋缠绕熔丝元件(fuse element)的绝缘陶瓷支座。绝缘盒的两端以端帽紧密地关闭。在陶瓷支座的外表面和绝缘盒的内表面之间的自由空间完全填充熄弧介质。条状熔丝元件的自由端与金属接点连接，金属接点与金属端盖连接，通过金属端盖将该熔丝结合入被保护电气系统的电路。取决于熔丝额定值，熔丝元件包括特定数量的复现模块。这些模块包含由在熔丝元件两边设置的适当的凹槽制成的熔丝元件过载点。这些凹槽的形状和它们的合适的布置显然会影响熔丝功能参数的范围。为了在熔丝条中反复成形收缩，所述的高压熔断器要求应用精确的生产工艺(在所需的容差内)，和费时费力的工艺以在绝缘陶瓷支座上缠绕熔丝元件。
除了典型的高压和中压熔断器，也有已知的其它解决方法，其中不用绝缘陶瓷支座或芯。将适合成形的呈条、带、线形式的熔丝元件放置在盒内，并且它的两端与熔丝的输出端连接。从公开的欧洲专利申请EP0 621 621可了解这类熔丝的例子。
从本技术领域的状态出发，已知的电熔断器，其包括至少一个呈薄导电膜形式的应用在不导电的适合的支撑材料上的熔丝元件，而不是绝缘陶瓷支座和缠绕它的熔丝条。
这种熔断器包含公开自美国专利No.5 095 297说明书的厚膜熔丝元件。这里描述的熔断器包含具有开口端的盒、附着到这些盒端部的连接盖、放在盒内的具有成为薄的导电膜的熔丝元件的基座、设置在连接盖内的盒的开口端中的盘元件，其中盘元件有槽，在槽中放置基座的端部，并且盘元件还包含在熔丝元件和连接盖之间提供电连接的焊料。熔丝元件具有条状形式，在条两边配有呈切开的凹槽形式的熔丝元件过载点。通过磁控管喷镀(magnetron spraying)将熔丝元件施加于陶瓷基座上。给出的解决方案仅适用于低电流额定值的熔丝。用于该解决方案的单个的和直线的熔丝元件不允许该解决方案应用于保护高电压和高电流的系统。在一般使用的高电压熔断器中，高电压熔丝元件通常比一般用于保护高压设备的熔丝的标准长度长。
另一种公知的熔断器公开自美国专利No.5 148 141的说明书。该熔断器包含盒、与盒连接的输出端、由绝缘材料制成的基座和由导电材料制成的呈薄膜形式的熔丝元件。将该薄膜施加于基座表面上并且熔丝元件在熔丝输出接线之间形成电流路径。在基座表面上有额外的电阻层，该电阻层在电流路径所占的表面区域外形成电阻元件。该层与熔丝元件并联电连接并且它是熔断器的旁路的电流路径。该解决方案，如美国专利No.5 095 297说明书所介绍的，不适合保护高压和高电流的系统。
厚膜熔断器的另一个例子是在美国专利No.4 140 988说明书中所介绍的用于轻度过载电流的电熔断器。该熔断器具有圆柱状的绝缘材料的盒、填充盒的粒状熄弧介质、浸在熄弧介质中并且以呈导电金属层形式的导体覆盖的玻璃纤维的基座。该熔断器也有办法将熔断器接入电路，例如焊接，并且用三聚氰胺树脂的水悬浮液和水合氧化铝浸透玻璃纤维，这样具有保持导电层到基座的良好附着和通过释放气体覆盖电弧来改善熄弧条件的双重功能。虽然在该解决方案中导体由薄金属箔制成，熔丝元件由薄金属箔蚀刻得到，这样使这种熔丝仅适合低电流的应用，有可能以印刷电路的形式使用数个并联连接的熔丝元件。依靠浸透该基座的层，将熔丝元件固定在基座中。从金属导体中用光化学蚀刻出的金属部分制成的熔丝元件由例如通过将薄的银层施加于薄的铜层上来制成的发光部分和过载部分组成。该熔丝元件具有不变宽度的相同的各个曲折的形状，该曲折相互对称布置并且通过宽度比曲折的宽度宽的过载部分来连接，并且曲折的自由端，即电流路径的端部，具有和建立在导体的宽度上的字母“C”相类似的形状并且它们通过焊料连接。给出的解决方案有如下几个缺点：
1)复杂并且昂贵的熔丝元件的的蚀刻工艺；
2)为得到导电层和基座之间要求的附着所必须的基座材料的复杂结构，；
3)熔丝元件到熔丝盒的焊接在现代的高压熔断器的设计中不常见；
4)在熔丝元件中缺乏收缩，这样阻止了在中断期间的电弧电压控制并且因此不可能在高压系统中使用该设计。
按照本发明，高压厚膜高切断容量基板熔断器包括用金属端盖封闭两端的和填充熄弧介质的管状绝缘盒，在盒中设置了至少一个绝缘基板，沿基板的长度至少放置了至少一个呈薄导电膜形式的熔丝元件并且在基板的端部具有端子区域(terminal areas)，该端子区域通过设置在端盖内的特殊成形的触点与端盖电连接，该断路器的主要特性是：熔丝元件包括许多相同的V形模块形成的基本部分以及在基本部分与端子区域之间提供电连接的两个端模块，所述基板部分形成以不变角度弯曲许多次的线。至少一个模块具有至少一个收缩以使在熔丝过载期间电流路径断开。沿绝缘基板的两个较短的边布置端子区域。
优选地，选择在基本部分的每个模块的字母“V”的两臂之间的角度以确保在高压所需的相邻模块之间有合适的绝缘间隙。
优选地，在每个模块中，特定宽度的字母“V”的两臂以向外的弓形部分结束，上述弓形部分通过线段与相邻模块的两臂的弓形部分连接，因此形成以不变的角度弯曲多次的和在每个模块中都有截顶(truncated vertice)的正弦弧。
优选地，收缩设置在模块的截顶。
优选地，通过在相对边中形成的镜像凹槽(mirror notch)来形成收缩。
优选地，收缩设置在连接相邻模块的弓形部分的线段上。
优选地，收缩设置在模块臂上并且通过在相对的边中形成镜像凹槽来形成。
优选地，端模块具有单个模块的一个臂的形状。
优选地，端模块具有线段的形状。
优选地，端子区域布置成垂直于基板的较长轴。
优选地，在绝缘基板的一个表面上设置至少两个相互平行的熔丝元件。
优选地，将端子区域和熔丝元件一起布置在基板的相对的表面上。
优选地，在盒内设置至少两个通过熄弧介质相互分开的绝缘基板。
优选地，两个绝缘基板布置成相互平行。
优选地，在两个绝缘基板之间，沿熔丝的纵轴设置其中设有熔断撞击器(striker)的熔丝元件的绝缘管。
可选择地，熔丝结合三个绝缘基板，它们在横断面中的布置类似于等腰三角形。
优选地，在三个绝缘基板之间，沿熔丝的纵轴设置其中设有熔断撞击器的熔丝元件的绝缘管。
可选择地，熔丝结合至少两个关于熔丝的纵轴以辐射形式布置的绝缘基板。
优选地，沿熔丝的纵轴结合至少两个关于熔丝的纵轴以辐射形式布置的绝缘基板，设置其中设有熔断撞击器的熔丝元件的绝缘管。
优选地，绝缘基板由陶瓷、玻璃陶瓷或玻璃制成。
可选择地，绝缘基板由柔性材料制成。
优选地，绝缘基板形成在盒内纵向地并且对中地放置的卷。
优选地，在由绝缘基板形成的卷内，沿熔丝的纵轴，放置绝缘管，在该管中放置熔断撞击器的熔丝元件。
可选择地，熔丝结合至少两个这样布置的绝缘基板，使每个基板的纵轴处于半径和熔丝的纵轴相交的圆上，并且每个绝缘基板的横轴偏离连接绝缘基板纵轴和熔丝纵轴的线一个锐角。
优选地，在结合至少两个关于连接熔丝纵轴和绝缘基板纵轴的线以锐角布置的绝缘基板的熔丝的纵轴中，设置其中设有熔断撞击器的熔丝元件的绝缘管。
本发明的优点是通过各个熔丝元件的特殊造型和通过在基板上各个熔丝元件的布置来确保获得高压应用中所需的电弧电压。类似于足够长度的曲折的单个熔丝元件形状确保基板的表面区域使用至最大，而保持基板外部尺寸尽可能的小。该优点允许在标准基板长度的高压熔丝中在基板的平面上放置高压熔丝元件。
通过图中的实施例例子说明了本发明的主题，其中图1以局部视图和分段显示了熔丝，图2是一个熔丝元件的基板和导电区域的视图，图3示出在顶点具有收缩的基本部分的单个模块，图4示出在顶点和臂带收缩的基本部分的单个模块，图5是带两个熔丝元件的基板和导电区域的视图，图6示出在基板的相对表面上布置两个熔丝元件的基板，图7示出带基板和熔断撞击器绝缘管和熔断撞击器的熔丝的纵向部分，图8示出带熔断撞击器绝缘管和以辐射方式布置的基板的熔丝的横剖面，图9示出带熔断撞击器绝缘管和以三角形方式布置的基板的熔丝的横剖面，图10示出带熔断撞击器绝缘管和基板平行布置的熔丝的横剖面，图11示出带熔断撞击器绝缘管和在盒内以卷的形式布置的基板的熔丝的横剖面，图12示出带熔断撞击器绝缘管和以使每个基板的纵轴处于半径R的圆并且基板的横轴以角α偏离和基板纵轴相交绝缘管的半径的方式来布置基板的熔丝的横剖面。
高压厚膜高切断容量基板熔断器包括管状绝缘盒1，它在两端以金属端盖2封闭并且用熄弧介质3填充，在其中放置绝缘基板4，沿基板的长度方向在它们之上布置熔丝元件5并且在基板的两端设置端子区域6，该区域通过设置在端盖2中的特殊造型的触点7来和端盖电连接。沿基板的两个短边设置端子区域。
熔丝元件5包括由许多形状近似于具有特定宽度的字母“V”的相同模块和两个端模块形成的基本部分，端模块也具有特定的宽度并在基本部分和端子区域6之间形成电连接。在基本部分的每个模块中字母“V”的臂以弓形部分8结束，该弓形部分通过线段与相邻模块的臂的弓形部分连接，因此在每个模块中形成以不变角度弯曲许多次并且具有截顶的线。在熔丝元件的实施例的特殊实例中，字母“V”的臂可互相平行地布置因此形成形似字母U”的模块(未在图中显示)。在图3中显示的实施例，单个模块具有一个设置在模块的截顶中的边收缩9。可将收缩9制成任何形状的开口，该开口并未在图中显示。在图4显示的第二个实施例例子中，单个模块包括三个收缩9，将两个收缩设置在模块的臂，并且将一个收缩设置在模块的截顶中。
在图5显示的本发明的另一实施例中，在基板4上放置两个在基板的一个表面上相互并行布置并连接端子6的熔丝元件5。在基板的一个表面上并行布置许多熔丝元件(并未在图中显示)。熔丝元件的数量取决于熔丝电学参数。
然后，在图6显示的实施例中，在基板4的两个表面上布置熔丝元件5。和前面的实施例一样，熔丝元件的数量取决于熔丝电学参数。
在图7所示的熔丝实施例中，熔丝与沿熔丝的纵轴布置的绝缘管10结合，在绝缘管中设置熔断撞击器的熔丝元件11。
根据在给定的熔丝中使用的绝缘基板的数量和它们相对熔丝的纵轴的或者熔断撞击器熔丝元件11的绝缘管10的纵轴的位置，可改变熔丝的设计。
因此，在图8所示的实施例中，相对熔丝的纵轴以辐射的方式布置基板4。
在图9所示的另一实施例中，以在横断面类似于等腰三角形的布置方式布置基板4。
在图10所示的本发明的另一实施例中，将基板4布置成互相平行。
在图11所示的本发明的下一实施例中，基板4由柔性材料制成并且卷绕成卷，沿熔丝的长度对中地放置在熔丝内。
在图12所示的实施例中，类似图8所示的实施例中，相对熔丝纵轴以辐射方式来布置这些基板的纵向对称轴的方式来布置基板4，并且以角度α绕基板4自己的纵轴扭曲基板4。
在图8，9，10，11和12所示的实施例中，在基板之间，沿熔丝纵轴，放置绝缘管10，在该管中放置熔断撞击器的熔丝元件。在熔断撞击器未被结合到熔丝设计中的情况下，也可采用相同的解决方案。

Claims (25)

1.一种高压厚膜高切断容量基板熔断器，该熔断器包括在两端用金属端盖封闭并且用熄弧介质填充的管状绝缘盒，在该盒中设置了至少一个绝缘基板，沿基板的长度方向在基板上放置了至少一个呈薄导电膜形式的熔丝元件并且在基板的端部设置端子区域，该端子区域通过设置在端盖内的特殊成形的触点与端盖电连接，其特征在于，熔丝元件(5)包括许多相同的“V”形模块形成的基本部分以及两个在基本部分与端子区域之间形成电连接的端模块，所述基板部分形成以不变角度弯曲许多次的线，至少一个模块具有至少一个收缩(9)以使在熔丝过载期间电流路径断开，并且沿绝缘基板的两个较短的边布置端子区域(6)。
2.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，选择在基本部分的每个模块的字母“V”的两臂之间的角度以确保在相邻的高压所需的模块之间有合适的绝缘间隙。
3.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，在每个模块中，特定宽度的字母“V”的两臂以向外的弓形部分结束，通过线段与相邻模块的两臂的弓形部分连接，因此形成以不变的角度弯曲许多次的和在每个模块中都有截顶的正弦弧。
4.如权利要求3所述的熔断器，其特征在于，收缩(9)设置在模块的截顶。
5.如权利要求4所述的熔断器，其特征在于，通过在两相对的边中形成的镜像凹槽来形成收缩(9)。
6.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，收缩(9)设置在连接相邻模块的弓形部分的线段上。
7.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，收缩(9)设置在模块臂上并且通过在相对的边中形成镜像凹槽来形成。
8.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，端模块具有单个模块的一个臂的形状。
9.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，端模块具有线段的形状。
10.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，端子区域(6)设置成平行于基板的较长轴。
11.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，在基板(4)的一个表面上设置至少两个相互平行的熔丝元件(5)。
12.如权利要求1或11所述的熔断器，其特征在于，将至少两个端子区域(6)和熔丝元件(5)一起布置在基板(4)的相对的表面上。
13.如权利要求1或11或12所述的熔断器，其特征在于，在盒(1)内设置至少两个通过熄弧介质(3)相互分开的绝缘基板(4)。
14.如权利要求13所述的熔断器，其特征在于，它包括相互平行布置的两个绝缘基板(4)。
15.如权利要求14所述的熔断器，其特征在于，在两个绝缘基板之间(4)，沿熔丝的纵轴设置其中设有熔断撞击器(11)的熔丝元件的绝缘管(10)。
16.如权利要求13所述的熔断器，其特征在于，熔丝结合三个绝缘基板(4)，所述基板布置成在横断面中类似于等腰三角形。
17.如权利要求16所述的熔断器，其特征在于，在两个绝缘基板(4)之间，沿熔丝的纵轴设置其中设有熔断撞击器(11)的熔丝元件的绝缘管(10)。
18.如权利要求13所述的熔断器，其特征在于，熔丝结合至少两个关于熔丝的纵轴以辐射形式布置的绝缘基板(4)。
19.如权利要求18所述的熔断器，其特征在于，沿熔丝的纵轴结合至少两个关于熔丝的纵轴以辐射形式布置的绝缘基板(4)，设置其中设有熔断撞击器(11)的熔丝元件的绝缘管(10)。
20.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，绝缘基板由陶瓷、玻璃陶瓷或玻璃制成。
21.如权利要求1所述的熔断器，其特征在于，绝缘基板(4)由柔性材料制成。
22.如权利要求21所述的熔断器，其特征在于，绝缘基板(4)形成在盒(1)内纵向地并且对中地放置的卷。
23.如权利要求22所述的熔断器，其特征在于，在由绝缘基板(4)形成的卷内，沿熔丝的纵轴，设置其中设有熔断撞击器(11)的熔丝元件的绝缘管(10)。
24.如权利要求13所述的熔断器，其特征在于，熔丝结合至少两个绝缘基板(4)，绝缘基板布置成使每个绝缘基板(4)的纵轴处于半径(R)和熔丝的纵轴相交的圆上，并且每个绝缘基板(4)的横轴以锐角(α)偏离连接绝缘基板(4)纵轴和熔丝纵轴的线。
25.如权利要求24所述的熔断器，其特征在于，沿熔丝的纵轴设置其中设有熔断撞击器(11)的熔丝元件的绝缘管(10)。
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