CN86105754A

CN86105754A - 交流电源电路用熔断器

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Publication number: CN86105754A
Application number: CN86105754.6A
Authority: CN
Inventors: 俄凯斯·马丁·克里斯托弗
Original assignee: Y Securities Ltd
Current assignee: Y Securities Ltd
Priority date: 1985-07-20
Filing date: 1986-07-19
Publication date: 1987-01-21
Also published as: GB8617113D0; MY102591A; MX163458B; CA1253183A; KR940002644B1; EP0210778B1; JPS635848B2; AU588611B2; AU6002286A; GB2179508B; US4742323A; KR870001628A; ES2000923A6; ZA865198B; ATE67628T1; IN166631B; JPS6264015A; BR8603415A; CN1006669B; US4692733A

Abstract

一种中等电压(3.3千伏到38千伏)交流电源电路用熔断器包括密封室，第一电极，第二电极，线圈，可熔部件，第一和第二端子，装在室内与第二端子相连的附加电触头。可熔部件连在第一电极和触头之间，室内充有电负性卤化介质，当可熔部件断开时故障电流在第一电极和附加触头间形成电弧，其后一根弧从附加触头转到第二电极，故障电流经线圈产生磁场使电弧在介质中绕第一电极旋转、熄灭，使故障电流切断。

Description

本发明涉及中等电压范围（3.3千伏到38千伏）内的交流电源用熔断器。为了保护这类电路曾经采用过各种技术。在英国通常的做法是将限流备用熔断器与浸油熔断器开关一起使用。在美国通常的做法是或者用一通用熔断器，或者将一通用熔断器与一个或多个备用熔断器串联使用。

冲出型（expulsion type）的通用熔断器需要断开任何数值的电流直到额定断开电流，该熔断器装有熔丝部件，该部件根据故障电流的电平多少快速地熔化。由于当熔丝熔化时所产生的电弧有热量，故产生高气体压力，该气体压力在理论上引起使电弧冷却、去游离化及消灭的介电介质作快速运动。尽管这些冲出式熔丝由于其具有的熔断时间电流曲线而能令人满意地保护变压器电路，但其短路电流额定值在非常低的电平上，以致严重地限制它在这些方面的应用。

一种已知的备用熔断器的形式是限流熔丝管，配有绕在星形截面的瓷芯上成螺旋形的银或铜部件，该芯装在瓷圆筒中，筒中剩余空间填有砂子。在熔断器部件熔化时，所产生的热使砂子液化，致使玻璃基的闪电熔岩形成物围绕电弧产生，以吸收电弧的热能，并因而灭弧。这类备用熔断器单独使用不能令人满意，因为该部件能在低于装置的额定最小断开电流时熔化。这可能引起熔断器不能使电路切断，并因而严重失效。限流熔断器的另一缺点是由熔丝长度长而截面小所引起的。长度长而截面小是熔断器部件所必须的，但这样会引起高I²R损耗及产生高热。这类熔断器的电流额定值因而受到限制，典型地在15千伏时，限为100安，而在12千伏时，限为120安。

有可能设计出一种能用通用的熔断器的限流熔断器，但这类熔断器通常所显示的熔断时间电流曲线不合乎需要，并且经受其所保护的系统的过渡恢复电压的能力有限。

在故障电流的整个范围上获得对中等电压电路的令人满意的保护的一种方法是将一通用熔断器与限流备用熔断器相串联。两熔断器可以装在同一外壳内，或装在浸在充油开关油箱或置于空气中公共支座上。另一种方法是将备用熔断器与能触发有关开关的熔断器撞针装在一起，成为所谓熔断器开关组合物。

除去需要两个串联熔断器或一个熔断器开关组合物才能完成所需的功能的缺点之外，另一众所周知的问题是如何配好用于保护配电变压器的熔断器，以便使其熔断时间电流曲线紧跟变压器的下流的低压熔断器的有关时间电流曲线且并不或者与低压熔断器的有关的曲线重叠或与防止位于变压器上流的电源线过电流进行保护的时间电流曲线重叠。很难使常规熔断器匹配这些曲线以作出所需的细微鉴别。

与形成本发明的主题的熔断器表面上类似的熔断器如在DE-A-548914中所示。此文献所描述的熔断器具有其中装有可连有输入导体的中央电极的外壳，及与中央电极隔开且包围中央电极的环形电极，两电极通常由可熔部件相连。环形电极在电气上经线圈与输出导体相连。外壳内装有在大气压下的空气并由盖板关闭。正常工作时，电流连续地经中央电极、可熔部件、环形电极和线圈。如果在故障情况下可熔部件熔化，则将立即在中央电极和环形电极之间直接引起电弧，通电的线圈所产生的磁场将使电弧立即旋转并以高速度围绕中央电极转动，最终被熄灭。在该运动期间，电弧两端迅速在中央电极和环形电极两电极上运动，以致这些电极不能发热到其熔化温度。一旦电弧已被建立，则其电压与电源电压相反随着时间增大而上升，而这具有迫使电弧电流为零的作用，此时电弧熄灭。该装置既适用于直流又适用于交流，并被描述成特别适用于低压配电网络，且只占有较小的空间。的确，它实质上是一低压器件，因为线圈被描述成具有能限流的电抗器的作用。

DE-A-548914没有说明怎样将熔断器用于中等电压交流电源电路，打算将该熔断器以此种方式使用是完全不实用的。因需要电弧长度长及因而熔断器直径大（例如超过1米）。当电弧电压随长度增加而增加时会释放出很高的能量，使外壳内的空气压力大大增加，可能大得无法包括在商业上实用的结构之中。

此外，DE-A-548914的熔断器的环形电极中的电流密度非常高，在工常工作时要求电流在环形电极和线圈中连续流动因而会产生过热，和有I²R损耗，这些因素使得该熔断器在中等电压交流电源电路中使用不切实际。

本发明寻求提供一种熔断器，该熔断器能单独使用，对中等电压交流电源电路在短路电流额定值高达且实质上高于已知的冲出式熔断器的上限时给予完全保护，并能生产出有能与在变压器的下流侧的低压熔断器的有关曲线紧紧相配的时间电流曲线，这类中等电压熔断器可用于该变压器。

根据本发明，在中等电压（3.3KV到38KV）范围中的交流电源电路用的熔断器包括密封室;装在该室内的第一电极，该第一电极具有基本上圆形的周边及在电气上连到可有第一导体与其相连的第一端子;其导电表面在该室内部的第二电极，该导电表面与第一电极隔开;可有第二导体相连的第二端子;连在第二电极与第二端子之间的电路中的线圈;及连到第一电极和第二端子之间的电路中的可熔部件;该线圈放置成当线圈随可熔部件断开而通电时，由短路电流所感应的磁场将使在两电极之间通过的电弧绕第一电极旋转，其特征在于附加电触头装在室内且直接与第二端子作电气连接，可熔部件直接连在第一电极和附加电触头之间，室内充有电负性卤化介质，因而当可熔部件断开时合成故障电流在第一电极和附加触头之间形成电弧，一弧根其后从附加触头较换到第二电极，电弧在电负性介质内绕第一电极旋转，并被熄灭。

工作时，电流经第一电极，可熔部件和附加电触头在第一和第二端子之间流动。与DE-A-548914相比，电流不是连续地流经线圈。可熔部件可以做得很短，例如长约25mm，相比之下通常用在限流熔断器中的可熔部件约为450mm长，这样，正常的电流路径的电阻很小，从而使其I²R损耗和产生的热都比在常规的限流熔断器或在DE-A-548914中所示形式的熔断器中的小很多。例如，当正常工作电压为15千伏，通过的电流分别为50安和200安时在本发明的熔断器中功率损耗可以低到5瓦和7瓦，相比之下对于常规的限流熔断器（它不能做成有200安的额定值）在50安时的功率损耗就达到65瓦，对于在DE-A-548914中所示的熔断器的型式，功率损耗至少为55瓦和330瓦。达到这些上述数值时所产生的热是完全不能接受的，它会造成快速损坏，导致熔断器的严重失效。

在过载时，可熔部件熔化，故障电流在第一电极和附加电气触头之间形成电弧。然后一个弧根将从附加触头转换到第二电极，起弧电流将因而从第一端子到第二端子流经线圈。此电流将感应磁场，该磁场使电弧在电负性介质中绕第一电极旋转。电弧将在电流为零或接近零时熄灭。例如从US-A-2539621中已知六氟化硫（SF₆）（一种电负性卤化介质）能帮助电弧熄灭，但在该专利中所示的装置的故障断开能力有限，估计故障电流小于几百安。还已知道在不同结构的开关装置中电弧可在电负性介质中旋转。然而从来没有人建议将此原理用于熔断器，而将该原理与本发明的其他特征合在一起后，即可设计出一种具有非常良好特征的熔断器，这些特征是先前的熔断器所没有的。

因此根据本发明的熔断器可以处理比常规的限流熔断器或DE-548914中所示的形式的熔断器所可能有的正常电流额定值更高的正常电流额定值，例如在15千伏时为400安，且可以处理比常规的冲出式熔断器高得多的故障电流，例如在15千伏时电流峰值高达4万安，相比之下在典型的冲出式熔断器中故障电流峰值仅为1万5千安。因而可以以很方便地设计一种熔断器对中等电压的交流电源电路给予完全保护，不再需要将通用熔断器与备用熔断器串联使用或使用熔断器开关的组合物。因为本发明的熔断器不以限流方式工作，故他们与常规的限流熔断器相比实质上不会产生电涌，而电涌在工作时特别是在系统电压降低的情况下工作时会产生过电压。之所以有此优点是因为灭弧及电路切断只能在电流为零或接近零时发生。

根据本发明的熔断器可获得的时间电流曲线可以设计成与用于熔断器所保护的配电变压器的下流处的任何低压熔断器的有关曲线紧密配合，因为与常规的限流熔断器相比，在灭弧过程中无论如何可熔部件本身不起作用，故此装置成为可能，且因而能纯粹地且简单地根据所需要的时间电流曲线进行设计，设计选择范围由於可熔部件的长度短而更广泛，可熔部件的尺寸及其形状特别是截面形状可以按需要设计。由於室中充填有电负性卤化介质，可熔部件的周围将没有氧气，这样，对可熔部件的材料还可在大范围内进行选择。为了避免氧化问题，早期限流熔断器中的可熔部件用银、有时用铜制成。在本发明的熔断器中，其他材料如锡，铝，镉，镍及各种合金都可以使用，因而获得所需电特性的设计自由度变得非常大，熔断器可设计成可靠地且一致地提供任何需要的时间电流特性及显示出变压器磁涌入电流的较大容限。

最好将线圈和第二电极设计成线圈中的故障电流和磁场的磁通密度之间所引起的相位角差为30°至80°，其电流峰值在磁通峰值以前产生。

使磁通峰值延时到电流峰值之后能得到显著的优点：使旋转电弧的峰值角速度在电流峰值之后产生，并因而在短路后的第一个电流零值以前小于一个周期的四分之一时产生。这样，电弧正好在电流零值之前具有高速度，这有助于实现可靠灭弧。此外，在峰值电流时的电弧速度也将保持很低，从而使电弧电压和因而电弧能量保持在低数值。相位角差最好为45°至65°。由短路电流所感应的磁场的高峰值规范化磁通密度也能帮助灭弧，最好在电弧中央的此磁通密度为50至100微泰斯拉/安，70至90微泰斯拉/安更佳。

已发现在电流绝对值增加时的周期的任何部分时使电弧的旋转降低是有益的。在此期间的电弧旋转会不必要地增加电弧长度、电弧电压，电弧能量及壳体内的气体压力，使电弧更难熄灭并导致需要较坚固的压力容器。在本发明的熔断器中，在电弧根从附加触头转换到第二电极之前无论如何有一些延时，因而在电弧旋转开始前有一些延时，这样有助于获得所需效果。然而也许把附加触头做成一定形状比较好，这样在起弧时可使与附加触头相接触的弧根在转换到第二电极之前在触头表面上的路径上行进。从而增大转换延时。在一具有此性质的最佳结构中，附加触头有一环形边缘且在轴向上与第一电极隔开但基本上与其同轴，该环形边缘形成弧根经过路径。

通过使第一电极和第二电极适当相对定位也可以实现控制，为了再使电弧长度和能量减小，两电极之间的距离要短。现较佳距离为6mm至22mm，当设计熔断器所用的工作电压从3.3千伏增大到38千伏时，该距离也在较佳范围内增大。

在根据本发明的熔断器的许多实施例中，线圈在径向上围绕其中装有第一电极的室，且也可以在径向上围绕第一电极本身。第二电极也可在径向上围绕第一电极。

线圈的径向中平面和第一电极的周边的径向中平面最好基本上相重合，这样，电弧将位于磁通最大的区域内，从而有助于将电弧保持在该最佳平面内，并有助于保持电弧尽可能短和受控制。

有可能将断路器制造得非常便宜，以与使用常规的限流熔断器类似的方式用作易处理的熔断器。然而，断路器亦可以由两部式结构所制成，包括第一和第二电极，可熔部件及附加触头的可以处理的第一部分和一装有线圈的可保持的壳体部分。在较佳的两部式结构中，壳体部分由其中埋有线圈的绝缘材料制成。

将熔断器设计成仅对多相电源中的单相进行保护。在美国的做法是如果在一相上发生故障一般仅切断电源的一相，而保持其他相。在英国和在别处很普通的做法是针对在任何一相所发生的故障情况切断所有各相。根据本发明的熔断器可以设计成包括对第一端子和第二端子之间所通过的故障电流进行响应以产生输出信号的装置，该信号可以是机械的或是电气的。然后可用该信号使每个其他相电源的熔断器中的可熔部件着手机械切断，这样所有各相基本上可同时切断。

从对根据本发明的断路器的诸实施例参照附图所作的下列说明中可以更好地理解本发明，附图中：

图1为经第一种形式的断路器的纵向截面图;

图2为在图1的Ⅱ-Ⅱ线上的截面图;

图3至12每张图表示经断路器的一个实施例的纵向截面。

现参见附图的图1和图2，这些图揭示了中等电压交流电源电路用的熔断器，该熔断器以总的分别表示为1和2的两部分所组成。第一部分装有能由任何适用的连接器4连到如电缆之类的电气输出的第一端子3。第二部分2装有能连到例如具有衬套7的变压器或开关装置的电气装备的任何适当的零件上的第二端子6。熔断器的第二部分包括在其一端开口的壳体8。该壳体可以用任何适用的绝缘材料如柔性或刚性树脂或橡胶铸塑或模制而成。

线圈10由带11保持，夹紧螺栓12与壳体材料就地进行铸塑或模制，并因而埋在绝缘材料内。线圈绕组的一端电气连到成导电环14形式的线圈框架，它还形成线圈的短路的最内圈。线圈的另一端由导体15电气连到导电盘16上，它也是就地铸塑或模制在壳体8内的。盘16具有带内螺纹的孔17，其中固定有连接器19的带外螺纹的杆18（形成端子6），该连接器还包括向壳体的开口端9突出的凸起部20，该凸起部20具有带内螺纹的孔21。杆18或端子6突出到锥形孔22内，其中可插入衬套7，在衬套内的导体23具有可与端子6相啮合的带内螺纹的孔。

熔断器的第一部分包括支座31，它也是用任何合适的绝缘材料铸塑或模制而成，该支座具有可在壳体8的开口端的锥形段33处所放置的锥形外表面32。如果壳体8或支座31的材料是柔性的，则在两者之间可实现良好的密封，如果两种材料都是刚性的，则最好在两部分之间的界面上放置一个或多个密封环。第一端子3经支座31延伸，且就地铸塑或模制，该端子具有粗糙段34，该段嵌进绝缘材料内，以便使端子紧固，防止其相对于支座作运动，并提供气密密封。铜圆筒35的成形端埋在支座31内。圆筒的相反端向内弯曲，得到的环形物固定在由绝缘材料作成的环形支撑物36内，该支持物由用导电材料如铝，铜或黄铜所作成的安装块37支撑。安装块具有可啮合在凸起部20在孔21内的带外螺纹的套管38。拧到端子3的带螺纹端40上的锁紧螺母39保持第一电极41在端子3上就位，并与端子3作电气接触。第一电极41为具有基本上圆形周边42的圆盘，可熔部件43在电气上将该电极上的一点（很方便地但并非必须位于其周边上）连到由安装块37所支持并与其电气相连的附加电触头44上。电极41的周边作成带多个在径向上向内延伸的切口如51，从而将电极分成许多瓣形区。铜圆筒35形成与第一电极41隔开并在径向上围绕第一电极41的第二电极。两电极之间的间隔应保持尽可能的短，最好在6mm到22mm的范围内。

安装块37带有通道，该通道具有一从套筒38的端部开孔的轴向段45和一向在铜圆筒内所形成的室开孔的径向段46。球阀47位于两通道段的连接处附近。当室内抽真空时可利用合适的工具将球阀提起并保持离开其在通道段45的内端的位置，然后可利用该通道用电负性卤代介质使该室增压，增压后，该室过压可使球阀保持在其位置上。最好的介质是六氟化硫（SF₆），但其他卤化气（如四氟化碳），液体及液体/气体的混合物也可用。

图中所示的熔断器是装配好的形式，但是应懂得各部分可通过将套筒38从孔21中拧出并在轴向上将部分1从由部分2所形成的壳体中抽出加以分离。然而当如图中所示那样进行装配时，其安排是由短路环14所支撑的接触指48与铜圆筒35的外表面相啮合并在电气上使圆筒与环14相连接，且线圈10环14和电极41的周边42的径向中平面基本上重合。

在工作中，当熔断器的装配如图所示时，通过第一电极41，可熔部件43，触头44，安装块37和连接器19在端子3和6之间建立电流通路。在正常电流情况下保持此电流通路，且此通路对电流呈现很小的电阻，因而经熔断器的I²R损耗很小，在熔断器中所产生的热量也很小。

如果发生电流过载，则可熔部件43将在一时间周期内熔化，该时间周期取决于可熔连接件的特性和过载电流的大小。一旦该连接件熔化，在电极41的周边42与触头44之间将产生电弧，此后触头44上的弧根将转换到形成第二电极的圆筒35上。这类转换可获助于各部分的相对定位，特别是使电极41的周边42与触头44之间，和该周边与圆筒35之间分别处于最短距离，以及获助于流到电弧及在电弧中流过的电流所感应的磁回路力，该力会驱动盘41的径向上的电弧并从触头44上驱开电弧。电弧转换到铜圆筒35上后，起弧电流将在径向上经圆筒壁流到环14上，且从该处流经线圈10、连接器15和盘16到导体6。在线圈中流过的电流将感应出围绕短路环14和圆筒35的周边环行的电流，该电流与主电流异相，故将产生合成磁场，该合成磁场在整个电流周期期间和之外都将保持。磁通将使电弧绕电极41在六氟化硫或其他电负性介质中旋转，在电流为零或接近零时电弧熄灭，因而断开电路。

当磁场有来自在圆筒35和环14中的电流及从线圈10来的分量时，总磁通将与线圈中的电流异相，电流峰值在磁通峰值之前产生，相位差最好为45°至65°。因为电弧的角速度与峰值磁通紧密有关，此相位差意味着电弧正好在电流零值之前具有高速度，这样可有助于可靠地灭弧。将线圈的径向中平面安排成与电极41的周边的径向中平面重合会有助于将电弧保持在该平面内，它是最大磁通的区域，这样可保持电弧尽可能的短，因而保证最小的电弧能量并协助电弧获得高角速度。在电弧中央的规范化的磁通峰值密度以70至90微泰斯拉/安最好。

将第一电极作瓣状分开不是主要的，但可以进一步帮助控制在该电极中流到径向路径上的电流，从而有助于维持电弧径向地位于两电极之间。电弧在电极之间旋转时，由于电极的直径不同，它将形成一螺旋。但是通过保持电极直径之间之比尽可能小，可以减小此作用。这也有助于在最大磁通的平面中产生短的，控制良好的电弧，电弧的能量很低而其角速度很高，这样便于在第一个电流零值或接近零值时熄灭电弧。

应懂得可以制造一列熔断器，每个熔断器中的可熔部件43具有根据具体熔断器的要求而选出的不同特性。因而可熔部件43的材料和截面积可根据需要加以变化，尽管为了减少I²R损耗和产生的热量，最好保持该部件尽可能的短。应明白本发明并不限于装有单个可熔部件43的装置，一种提供一列熔断器的特别有效的方式可以是增加在电极41和安装块37之间并联的可熔部件43和触头44的数目。例如，每个这类可熔部件的额定电流可以为50安，这样200安的熔断器就会包括并联的四个这类可熔部件和有关的触头。如果这一熔断器的可熔部件熔化后同时打出几个电弧则各电弧将合并成单个电弧旋转、熄灭。适当选择可熔部件会有助于使要制造的熔断器达到预定设计的和与其装在一起的任何低压熔断器的有关曲线相匹配的时间电流曲线。

图3表示与图1所示的熔断器相似的带屏蔽的两部式熔断器，相对应的部件标有带后缀a的相同参考号。熔断器与图1中所示的熔断器的不同之处在于有不同型式的在国际标准连接器55整个地装在支座31a内，该支座还包括屏蔽56。壳体8a的外表面涂有导电的屏蔽材料57，该材料能和地相连。屏蔽58也涂在衬套7a中。因而该屏蔽对熔断器的外表面产生电屏蔽，且当连到地时会在触及外表面时很安全，尽管该导体可能带电。类似的屏蔽可以适用于所示的任何实施例中。

所示的电极41a为截圆锥形，该电极离开触头44a在端子3a上向后延伸。这意味着净磁回路力能使电弧更紧地被限制在径向平面上，且可能又一次有助于控制电弧。

图4表示熔断器的另一种第一部分1b，它可用于取代图1所示的部分1。与图的熔断器公用的部分以相同的参考号加后缀b来表示。在本实施例中，图1的触头44不是整体的刚性结构而是包括一固定到安装块37b上的刚性的刚性部件61和可绕轴旋转地装在刚性部件61中的63处的可动部件62。拉力弹簧64作用在可动部件62和在安装块37b上的支撑物65之间，由可熔部件43b及/或用平行的拉线66克弹簧的作用保持可动触头。

当可熔部件43b熔化时，电流转移到拉线66上，因而使拉线减弱或熔化，在弹簧64的作用下，可动部件62绕轴旋转到用虚线所示的位置上。这样做后，可动部件62的尖头将在紧靠铜圆筒35b处通过，保持在电极41b和可动触头62之间的电弧将转换到铜圆筒35b上并将稳定在环14的中平面上。此装置将特别改善在较低故障电流下的转换。

在保护三相电源时，通常有以下的要求，即如果在一相上发生故障使该相的可熔部件断开，则所有三相都应切断，图5至图7说明了使其实现的实施例。

图5表示与图1中所示的第一熔断器部分1相似第一熔断器部分1d，且用与图1中相同的参考号加上后缀d来标记相似的部件。在此实施例中端子3d的带螺纹的端部39d被啮合在绝缘部件72中的凹槽71内，此后将凹槽填以导电的组合物73以便在导体3d和引到化学致动器或烟火装置75的细线74之间提供接触。在过流时在烟火装置中的线将与线74一起，在可熔连接件43d熔化之前烧掉，这样该装置内的总爆炸作用将使撞针76被猛烈地驱出致动器。撞针可以或者直接或者经适当的拉杆使外断开杆工作，根据设计该杆的作用是使在电源的其他两相上的机械开关断开。

能用来检测过流和对过流作出响应产生电气信号的方法有很多种。图6表示了一种方式，其中第一熔断器部分1e可加以改变，以便利用响应过流而产生的低电压。设计该部分是为了取代图1所示的熔断器部分1，相似的部件给予如图1所示的相同的参考号加上后缀e。为三相中每一相用的过流检测装置分别作了设计，这样检测出过流时，即有低压信号加到其他两相中的每一相的端点77上。这些低电压端连到烟火装置或化学致动器78上，在该装置上加有电压时柱塞79在该装置的缸体80内缩回。该柱塞用强绝缘绳80a例如芳族聚酰胺纤维如凯夫拉（商标）连至可熔部件43e。因而在柱塞79缩回时将使可熔部件43e在机械上被拉断，电弧将打到触头44e上，并将转换到铜圆筒35e上旋转，然后如已说明过的那样熄灭。

图7表示熔断器的另一实施例，该熔断器既能产生使电源的其他相上的熔断器断开的过流信号，又能响应另一相的熔断器上的过流信号而切断。给相对应的部件以如图1中所示的相同参考号加上后缀f，可以看出该熔断器又是包括部分1f和2f的两部式熔断器。在此实施例中可熔连接件43f从电极41f的周边伸展到触头44f上，该触头可绕轴旋转地装在固定到安装块37上的支撑物82上的81处。安装块装有具有撞针84的烟火装置或化学致动器83，当撞针从该装置中被排出时能与触头44f的一末端85啮合，并以足够的力使触头绕轴旋转，并使可熔连接件43f机械断开。致动器83的一端由导体86电气连接到铜圆筒35f上，致动器的另一端则连到安装块37f上。熔断器的第二部分的壳体8f上装有次级线圈87，该线圈正常地在地电位或接近地电位且在径向上包围线圈10，它由壳体材料从中隔开，这样线圈10和87共同有效地形成空气芯变压器。三相电源的所有三相的熔断器的次级线圈87，87a，87b由连接端点如每相的88的导体作电气串联，各端点经壳体8f延伸并电气连接至各线圈87的相反端。

可以看出在正常工作时的每个熔断器通过第一端子3f，电极41f，可熔部件43f，触头44f，支撑物82和安装块37f到第二端子6f为其各相提供电流通路。如在任一相上产生过电流，则该相的可熔部件43f熔化，在电极41f和铜圆筒35f之间所得到的电弧稳定在线圈10f的轴向中平面上，由线圈10f中的电流所感应的磁场使电弧旋转，然后，电弧在电流零值时熄灭。经线圈10f通过的电流也在次级线圈87中感应电流，该电流将流经其他两相的熔断器的次级线圈87c，87b。在每个其他相中在次级线圈中流动的电流将在各熔断器的主线圈10f中感应低电压，该电压将通过铜管35f和导体86加到化学致动器83上。该电压足够使致动器工作，这样，撞针84将使触头44f绕轴旋转，以断开各相的可熔部件43f。每相的主电流通路将因而被断开，从而在每相中起弧，该电弧将旋转，其后以与其中有起始故障产生的相中的电弧相同的方式熄灭。

图8表示在许多方面与图1中的熔断器相似的基本熔断器的另一实施例。相对应的部件给以如图1所示的相同参考号加后缀g。熔断器为包括部分1g和2g的两部式熔断器。熔断器的第一部分与图1中所示的熔断器不同之处在于第一电极41g通过用螺纹拧进第一端子3g内端处的锥形孔92内的螺栓91固定到第一端子3g上。此外，触头44g有着与图1所示的触头不同的形状，并用螺钉93固定到由绝缘材料而不是导电材料制成的安装块37g上。导电端子6g就地铸塑或模制制成，经安装块延伸并具有穿过环16g的带螺纹端。螺钉93还将用任何适合的金属或其他材料制成的热屏蔽94固定到安装块37g上。由各部件之间的密封环95来改善环绕端子3g和6g的密封，两端子在该处穿过各自的绝缘部件1g和37g。热屏蔽96置于支座31g的内树脂表面上，以保护树脂不致受到由电弧所产生的热。该屏蔽可以由任何合适的耐热材料如矾土基陶瓷或聚四氟乙烯所制成。用于给圆筒35g内的室抽气和增压的通道和阀47g已被简化。

熔断器的部分2g与图1所示者的不同之处主要在于绕壳体2g的周边配置且弹性地经该壳体内的孔98向内偏置的接触指的形式。线圈由带97和箍紧接头固定。

在图8的熔断器的一具体实施例中，额定值在15千伏200安时可熔连接件43g的电阻能在最大额定电流时产生7瓦损耗。电极41g和圆筒35g之间的径向间隙为17mm，且线圈10g有十圈。在故障情况下在电弧中央的磁场的峰值规范化磁通密度为90微泰斯拉/安，峰值短路电流和磁通之间的相位差为60°。已发现该熔断器能安全切断峰值为33，000安的故障电流。

图9表示熔断器的第一部分1h与图8中所示者相似，且能与如图8的部分2g一致的第二部分相连接。相对应的部件被给予与图1相同的参考号再加上后缀h。在本实施例中触头44h是由导电部件99所支撑的环形环。当可熔部件43h熔化时，电弧将在电极41h和环形触头44h之间起弧，在电弧从环44h转换到导电圆筒35h上以前电弧的各弧根将慢慢地围绕电极41h和环44h前进。除去固有的磁回路力的作用之外，因为弧根会向较冷的金属运动故产生此前进现象，电弧运动的优点在于与如果使电弧在各部件的小的不变的区域间燃烧一段相似长度的时间时所会产生的烧蚀相比，电极41h和触头44h的烧蚀非常显著地减小，因而，在电弧转换到圆筒35h上之前可以允许其停留较长时间。在其中电流的绝对值在增加时的电流周期的任何部分的期间能将电弧保持在电极41h和触头44h之间，这样就避免在电极41h和35h之间的高速电弧旋转，因而降低电弧电压、电弧能量和室内的气体压力。图9所示的熔断器还装有用合适材料作成的热屏蔽100。

图10表示与图8所示者相似的带屏蔽的熔断器。同样，相对应的部分都给予和图1相同的参考号但加上后缀j。可以看出该熔断器与图8的熔断器之间的差别在于壳体8j和支座31j的外表面涂覆有导电的屏蔽材料57j，该材料在使用时与地相连。此外，壳体8j的内表面还涂覆有导电材料59，这样就防止在壳体8j和熔断器部分1j之间空气隙中产生电应力。

图10还揭示了一种对线圈10j的变更了的结构，作为在壳体8j所用的材料中就地模制或铸塑的线圈的替换物。在本实施例中，线圈被铸塑或模制到由绝缘材料作成的块150内，该块粘接到由导电材料制成的衬套151上。线圈绕组的一端电气连接到衬套151上，绕组的另一端则电气连接到环14j上，该环组成线圈框架和线圈的短路的最内圈。环14j电气连接于接触指152上;当该指插入壳体中时，与熔断器部分1j的圆筒35j相接合。接触指152的支座153也粘接在衬套151上。

衬套151的内端用螺栓，铆钉，点焊或其他适用的装置154固定到导电盘16j上。衬套151，线圈10j和盘16j的总承可与壳体8j分开安装，一旦其按需要铸塑或模制好后即可插入壳体的其位置上。

图1至图10所示的实施例都是其中线圈与第一电极在轴向上紧邻，但这不是本质的要求。

图11表示了熔断器的又一实施例，该熔断器包括第一部分101和第二部分102。第一部分101包括由铸塑绝缘材料作成的第一壳体部件103，其第一端子104就地铸塑或模制。该端子伸入壳体103内所形成的室105的内部，通过伸入到该端子的锥形孔内的螺栓107将第一电极106固定到该端子的末端。可以是导电的或绝缘的衬套108，也在壳体103内就地铸塑或模制。壳体的开口端由用绝缘树脂材料铸塑或模制的另外的壳体109所闭合，壳体109用互锁舌和槽结构110保持在部分103上，壳体109上装有截圆锥的第二电极111。第二端子112经壳体109的中心延伸，其内端由可熔部件113连到电极106上。端子112有一中心孔和一阀装置114，通过其可将总承内部抽空，然后用电负性介质增压。接触指115与第二电极111电气相连，并从体109的绝缘材料中突出来。用铁磁材料制作的圆筒110a被包封在体109中。

第一部分101可以被装在如图所示的熔断器102的第二部分内，并由拧到端子112的带螺纹端117的螺母116紧固就位，其带螺纹端经导电盘118延伸。该导电盘由短路导电环119电气连接到线圈120的一端，其另一端则由连接器121连到暴露在部分102的一表面上的导电环122上。装配好时，可看出触头115与环122作电接触。

很明显，熔断器以与图1的熔断器相似的方式进行工作。在正常工作时，电流将流经端子104，电极106，可熔部件113和端子112。在过载时，可熔部件113将熔化，电弧在电极106和端子112之间起弧，然后一弧根从端子112转换到第二电极111上。然后电流将经过线圈120流到端子112上，这样就产生磁场，其磁力线穿过电极106和111之间的间隙。在此区域中的磁通密度因有铁磁圆筒110a而得到改善。电弧将在电负性介质中旋转，并将在电流零值或接近零值时，熄灭。

图1到图11中所图示的每个熔断器都是两部式总成，包括装有线圈的壳体和装到壳体内且装有可熔部件的可处理的单元。每个总成揭示了所设计的能装上单个可处理单元的壳体，但对于三相电源，有可能提供一种壳体，该壳体有三室，每室均有一个相连的线圈，并有三个可处理的单元，每相一个，每个室内装一个单元。

图1到图11已图示两部式熔断器总成，其中输入导体和输出导体是同轴的，且熔断器须水平安装。但这种安排不是本质的，图12表示了一种可行的单部式安排，其中所设计的总的用131表示的熔断器装成的轴线是垂直的。该熔断器包括由绝缘材料作成的铸塑体132，该体上具有第一端子133，该端子暴露在该体上部的两锥形孔134，135之间的连接处。孔134放入衬套136，例如变压器的衬套，在该衬套内的导体137可用在孔135中的螺栓螺母总成138机械连接和电气连接到端子133上，然后，该孔由孔塞139关闭。第二端子140也在壳体132中就地铸塑，空心铜圆筒142用的支撑物141也相同。导体133穿过支撑物141伸入圆筒内，并终止于由可熔部件144连接在端子140上的自由端的电极143上。线圈145的绕组的一端连在铜圆筒142上，其绕组的另一端则由导体146连接至端子140上。连接器147包括有通道，从而可使圆筒142的内部抽空和增压，并经壳体132延伸。可以明白，此安排将以与参照图1所说明的方式相似的方式工作。

在图1到图11中已揭示了两部式熔断器的许多可行的实施例，应懂得这些结构中的任一结构都可以改变成单部式结构。同样地，图12的单部式结构也可以改变为两部式结构。应明白有许多能做出的变型和许多能制造的其他结构。中央电极41的形状可以按需要进行变化，盘形、截圆锥形、或其他形式的电极可用在任一实施例中。诸如图8中的屏蔽99那样的热屏蔽可以装到所示的任一熔断器内。其他变型对那些专业技术人员将是很明显的。

Claims

1、一种在中等电压(3.3千伏到38千伏)范围中的交流电源电路用熔断器，该熔断器包括密封室；装在该室内的第一电极，该第一电极具有基本上圆形的周边，并电气连接至其上可连第一导体的第一端子；其导电表面在该室内部的第二电极，该导电表面与第一电极隔开，其上可连第二导体的第二端子；连在第二电极和第二端子之间的电路中的线圈；连在第一电极和第二端子之间的电路中的可熔部件；该线圈的放置使之在可熔部件断开后通电时，由短路电流所感应的磁场将使在两电极之间通过的电弧围绕第一电极旋转，其特征在于一附加电触头装在室内直接与第二端子作电气连接，可熔部件直接连接在第一电极和附加电触头之间，及该室充有电负性卤化介质，这样，当可熔部件断开时，总故障电流在第一电极和附加触头之间形成电弧，其后一个弧根从附加触头转换到第二电极上，该电弧在电负性介质中围绕第一电极旋转，并熄灭。

2、如权利要求1所述的熔断器，其中线圈和第二电极的设计可导致线圈中的故障电流和磁场的磁通密度之间产生30°至80°的相角差，其电流蜂值在磁通峰值之前产生。

3、如权利要求2所述的熔断器，其中相角差为45°至65°。

4、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中电弧中央的磁场的峰值规范化磁场密度为50到100微泰斯拉/安，最好为70～90微泰斯拉/安。

5、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中线圈是在形成熔断器的壳体部分的电气绝缘材料中就地铸塑或模制的。

6、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中线圈在径向上环绕其中装有第一电极的室，线圈和第一电极周边的径向中平面基本上重合。

7、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中该室具有由导电材料作成的圆筒形壁，该壁形成第二电极。

8、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中熔断器的各相反端每端包括一由绝缘材料作成的连接器部件，每个连接器部件有一从开口端到关闭端向内成锥形的截圆锥孔，第一和第二端子各伸进各孔的关闭端，且与其各自的孔保持同轴。

9、如权利要求7所述的熔断器，其中室的圆筒形在室的第一轴向端由用电绝缘材料制作的安装块支撑，第一端子经安装块从室外的外端延伸到室内的内端，第一电极固定在第一端子的内端上。

10、如权利要求7所述的熔断器，其中室的圆筒形壁在室的第二轴向端由用电绝缘材料作成的第二安装块支撑，第二端子经第二安装块从室外的外端延伸到室内的内端，附加电触头固定到第二端子的内端。

11、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中附加电触头的成形使可熔部件断开后，与附加触头相接触的该弧根在转换到第二电极以前在附加触头表面的路径上行进。

12、如权利要求11所述的熔断器，其中附加触头有环形边缘，并在轴向上与第一电极保持间隔，但基本上与第一电极同轴，该环形边缘形成弧根的通路。

13、如权利要求1到8中任一权利要求所述的熔断器，其中附加电气触头包括基本上刚性的部件，可绕轴旋转地装在刚性部件上并在邻近第一电极的自由端终止的可动部件，允许可动部件的自由端描出靠近第二电极通过的弧的轴及弹性地使可动部件离开第一电极偏置的装置，可动部件的自由端由承受偏置力的可熔连接件连到第一电极上。

14、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，包括响应第一和第二端子之间通过的故障电流产生输出信号的装置。

15、如权利要求14所述的熔断器，其中响应装置是能响应故障电流产生机械输出信号的化学致动器。

16、如权利要求14所述的熔断器，其中响应装置是电气的，能响应故障电流产生电输出信号。

17、如权利要求15所述的熔断器，其中响应装置是与上述线圈隔开的并径向地环绕上述线圈的次级线圈。

18、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，包括使可熔部件断开的装置。

19、如权利要求18所述的熔断器，其中上述装置以机械方式工作。

20、如权利要求18所述的熔断器，其中上述装置以电气方式工作。

21、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中熔断器暴露的外表面包括电屏蔽。

22、如上述权利要求中任一权利要求所述的熔断器，其中熔断器为两部式结构，由绝缘材料作成的壳体部分中埋有线圈并具有第一开口端，及能装到壳体的第一开口端内并包括第一和第二电极，可熔部件和附加电触头的可处理的部分。

23、如权利要求22所述的熔断器，其中壳体部分的绝缘材料的外表面上有电屏蔽材料。