熔斷器以及包括該熔斷器的組合開關的製作方法

2023-07-04 08:24:36 2

專利名稱：熔斷器以及包括該熔斷器的組合開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熔斷器，該熔斷器包括絕緣杆和纏繞在該絕緣杆上的至少一個熔絲條(fuse strip)。本發明進一步涉及一種包括至少一個這種熔斷器的組合開關。本發明的領域是在組合開關上提供高壓熔斷器的領域。特別地，本發明涉及一種高壓熔斷器，旨在保護中壓/低壓(MV/LV)電纜和配電變壓器。
背景技術：
熔斷器本身或者通過與組合開關相關聯可以提供這種保護。在這種情況下，熔斷器設置有撞針(striker)，該撞針依照熔斷器的操作使開關自動斷開。熔斷器和開關這兩個器件的關聯以轉移電流為特徵，它們為轉移電流互換了切斷功能在高於該值的情況下，電 流僅由熔斷器中斷，在低於該值的情況下，電流在一相上由熔斷的第一熔斷器且在其他兩相上由開關中斷。有利地，熔斷器必須具有當電流增大到超過預定值時切斷的快速響應。在過電流或者短路的情況下，通過熔化熔絲元件(fuse element)切斷熔斷器,並且過電流越大,切斷更快。因此，熔斷器的主要部件是熔絲元件，該熔絲元件通常被纏繞在設置於熔斷器的主體內的絕緣杆上。熔絲元件經受溫度的升高，溫度與流過熔絲元件的電流強度成比例。在正常工作下，熔絲元件的溫度低於熔絲元件的熔化溫度，並且電流正常流通。在過電流的情況下，熔絲元件的溫度超過在熔絲元件的一個或多個點處的熔化溫度，所述熔絲元件至少部分地熔化，並且電流的流通被切斷。US-A-2007/0159291描述了一種熔斷器，該熔斷器具有設置在絕緣中心杆上的一個或多個熔絲元件。每個熔絲元件都包括主要部分以及在該主要部分的整個長度上串行地設置的多個收窄部。這些收窄部為電流通路提供了大於主要部分的阻值的阻值，因此這些收窄部的溫度升高，直到電流強度達到足夠大的值時熔化。然而，熔斷器的響應在某些臨界強度上不是總令人滿意的，對於這些臨界強度，切斷時間太長。GB-A-2184301描述了一種包括熔絲元件的熔斷器。在該熔絲元件上劃分有一方面，具有若干第一類型收窄部的流通部分(current portion),以及另一方面,具有一個或多個第二類型收窄部的端部。尤其是對於與10毫秒至I秒之間的熔化時間相對應的所謂的「中等」強度，這種熔斷器的響應尚未快到有效的程度。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有更快速響應的熔斷器，尤其是對於當與開關相關聯時接近於傳送電流的電流具有更快速響應的熔斷器。為此，本發明提出了一種熔斷器，所述熔斷器包括管狀主體(tubular body);至少一個絕緣杆，沿管狀主體的縱軸設置在所述管狀主體中；以及具有恆定厚度的至少一個熔絲條(fuse strip)，設置在所述杆上並且在所述熔斷器的縱向端部之間延伸，其中所述條包括具有最大寬度的段(segment)和沿所述熔絲條的縱向設置的若干收窄部，每一個收窄部都具有由其最小寬度和其長度限定的幾何結構，其中，所述收窄部具有至少兩種不同的類型並且包括至少一個第一類型的收窄部，其具有第一最小寬度；以及至少一個第二類型的收窄部，其具有不同於所述第一最小寬度的第二最小寬度。這種熔斷器的特徵在於所述收窄部沿所述熔絲條以所述第一類型的收窄部和所述第二類型的收窄部相交替的方式有規律地間隔開。如此，熔絲元件包括不同類型的收窄部的區域(zone)，所述區域具有不同的最小寬度並且根據其縱向交替地設置，從而可生成一種具有改善響應的熔斷器，不論一定使熔斷器切斷的強度如何，響應是快速的。針對所謂的中等故障強度，所述熔斷器的響應特別地得以改進，切斷時間在10毫秒至I秒之間。權利要求2至4中詳細說明了本發明的其他有利的特徵，這些特徵能夠單獨地或者組合地被使用。
本發明還提出了一種包括例如上述提及的至少一個熔斷器的組合開關。


當閱讀僅作為非限制性實例提供的參見附圖進行的如下描述時，本發明將被更好地理解，其中圖I為根據本發明的熔斷器的透視圖；圖2為熔斷器在圖I的平面II上的剖面圖；圖3為熔斷器在圖2的平面III上的剖面圖，從外部可看到該熔斷器的中心杆的一部分；圖4為在圖I至圖3中的熔斷器上提供的熔絲元件的正視圖；圖5和圖6為圖4中細節V和VI的更高比例的視圖；圖7、圖8、圖9和圖10為形成根據本發明的熔斷器的熔絲元件的第二實施例的與圖4至圖6類似的細節的正視圖；以及圖11為示出了圖I至圖6中的熔斷器的響應的曲線圖。
具體實施例方式圖I、圖2和圖3示出了根據本發明的熔斷器I。圖I為熔斷器的總體視圖。圖2和圖3分別示出了熔斷器I的橫向剖面圖和縱向剖面圖。熔斷器I包括大體上為管狀的熔斷器主體(fuse body) 2，其限定縱軸X_X』。主體2由絕緣材料製成,優選地由瓷製成。在熔斷器I的兩個縱向端部Ia和Ib處均設置有膠囊體(capsule) 3a或3b,所述膠囊體3a或3b能夠傳導電流,並且優選地由金屬製成。膠囊體3a和3b中的一個可包括設置有彈簧91的撞針套件(striker set)9。在管狀主體2的內部處設置有中心棒(central bar) 4，所述中心棒4在熔斷器的兩個端部Ia和Ib之間與軸X-X』平行地延伸。棒4由絕緣材料製成，優選地由陶瓷製成。從圖2中可見，棒4a具有六個分支的星形橫切面。當棒4被放置在主體2的內部時，它的中心和縱軸X4與軸X-X』相重合。熔斷器I的棒4和主體2之間的中間容積8填充有沙子(未示出)。在一個未示出的可選實施例中，熔斷器I可包括設置在主體2內的兩個同軸棒。在每一個膠囊體3a和3b與棒4之間放置有導電接觸部分，分別標記為6a和6b,所述導電接觸部分優選地由金屬製成。接觸部分6a和6b各自包括六個接頭61a和61b，所述六個接頭61a和61b朝主體2的方向徑向延伸並且使連接到熔絲元件成為可能。接觸部分6a和6b還包括電接觸條63a和63b以及定位元件62a和62b，所述用於定位的元件62a和62b能夠實現與棒4恰好對齊。每個接觸部分6a和6b分別通過緊固元件(分別標記為71a和71b)被連接到棒4上。棒4包括大體上為圓形的中心通孔41，其中容納有螺旋形熔絲(fuse wire)22，也稱為撞針線(striker wire)。在朝向熔斷器I的端部Ia的一側上，撞針線22通過尤其包括壓接區域(crimping zone)的金屬管23被連接到撞針套組9上，以便維護撞針線22。在 朝向熔斷器I的端部Ib的一側上，撞針線22被連接到一個接觸片63b上。當過電流導致熔斷器I熔斷時，撞針套組9的移動部分被釋放，並且激勵開關的機構和/或使報告該熔斷器的狀態成為可能。導電熔絲元件110螺旋纏繞在棒4上兩個接觸部分6a和6b之間。實際上，熔絲元件110是熔絲條，由銀(Ag)製成。在圖3中，棒4的中心部分用外部視圖顯示，以便示出條110在棒4上的纏繞。條110的端部被連接到接觸部分6a和6b的接頭61a和61b上，接頭61a和61b自身被連接到各自的小容器膠囊體3a和3b上。導電部分之間的連接通過焊接或任何其他已知的手段得以實現。熔絲條具有恆定的厚度ellO，該厚度是垂直於圖4至圖6的平面(即根據條110在棒4上的纏繞配置中相對於軸X-X』的徑向)測得的。XllO表示條110的縱軸，該縱軸在圖4至圖6的配置中是直線形的，並且在圖3的配置中是螺旋形的。條110具有最大寬度1110，該最大寬度1110是在沿條110的長度方向分布的若干段111上垂直於條110的厚度ellO和軸XllO測得的。段111通過兩種類型的收窄部112和113彼此分離。收窄部112和113根據條110的縱軸XllO沿條110有規律地間隔開。更準確地，如圖4中所示，收窄部112和113沿條110交替分布並且彼此分離，即它們不重疊。從圖5中可見，每一個第一類型的部112具有兩個凹部(recess) 112a和112b，所述凹部112a和112b的邊緣是圓弧形的，關於軸XllO對稱地相對。從圖6中可見，每一個第二類型的部113具有兩個凹部113a和113b，所述凹部113a和113b大體上是矩形形狀的，關於軸XllO對稱地相對。在下文中，熔絲條的一部分的長度平行於熔絲條的縱軸被測量。凹部113a和113b的長度L113大於凹部112a和112b的長度L112。第二類型的收窄部113上的條110的最小寬度1113大於第一類型的收窄部112上的最小寬度1112。
更準確地，其寬度的比值·^在I. I至I. 4之間。
/112實際上，第一類型的收窄部112遠遠多於第二類型的收窄部113。例如，從圖4中可見，條110包括按如下方式沿條110交替的收窄部每連續的八個部112之後接以一個部113。在收窄部112和113之間，存在有最大寬度1110的段111。
在一個未示出的替代實施例中，條110可包括按如下方式沿條110交替的收窄部每兩個部113之間有連續的六個、七個或九個部112。條110不包括設置有部112的第一延伸部分和設置有部113的第二延伸部分，在不同類型的收窄部之間沒有交替，正如GB-A-2184301 中情況一樣。圖7、圖8、圖9和圖10為根據本發明的能夠在熔斷器上提供的熔絲條210的第二實施例。熔絲條210具有恆定的厚度，該厚度是垂直於圖7至圖10的平面(即根據條210在棒4上的纏繞配置中相對於軸X-X』的徑向)測得的。X210表示條210的縱軸，該縱軸在圖7至圖10的配置中是直線形的並且在類似於圖3的配置中是螺旋形的。條210具有最大寬度1210，該最大寬度1210是在沿條210的長度方向分布的若干段211上垂直於條210的厚度和軸X210測得的。段211通過三種類型的收窄部212、213和214彼此分離，收窄部212,213和214根據條210的縱軸X210沿條210有規律地間隔開。更準確地，如圖7中所示，收窄部212、213和214沿條210交替分布並且彼此分離，即它們不重疊。
從圖8中可見，每一個第一類型的部212具有兩個凹部212a和212b，所述凹部212a和212b是圓弧形的，關於軸X210對稱地相對。從圖9中可見，每一個第二類型的部213具有兩個凹部213a和213b，所述凹部213a和213b大體上是矩形形狀的，關於軸X210對稱地相對。從圖10中可見，每一個第三類型的部214具有兩個凹部214a和214b，所述凹部214a和214b大體上是矩形形狀的，關於軸X210對稱地相對。凹部213a和213b的長度L213大於凹部212a和212b的長度L212。第二類型的收窄部213上的條210的最小寬度1213大於第一類型的收窄部212上的最大寬度1212。凹部214a和214b的長度L214大於第二類型的收窄部213的凹部213a和213b的
長度L213。第三類型的收窄部214上的條210的最小寬度1214大於或等於第二類型的收
P Π / I d
窄部213上的最小寬度1213。實際上，最小寬度的比值^和^ 在I. I至I. 4之間。此
夕卜，比值^在I至I. 4之間。
I2\j實際上，第一類型的收窄部212遠遠多於第二類型的收窄部213，而第二類型的收窄部213自身遠遠多於第三類型的收窄部214。例如，從圖7中可見，條210包括按如下方式設置的收窄部每連續的七個部212之後接以一個部213。而且，七個部213中的一個部213被部214取代。在收窄部212、213和214之間，具有最大寬度1110的段211。在一個未示出的替代實施例中，條210可包括按如下方式沿條210交替的收窄部每兩個部213或214之間有連續的六個、八個或九個部212。在熔斷器I的正常工作過程中，熔絲元件的溫度通過焦耳效應升高，直到穩定在一個值處。實際上，焦耳效應在熔絲條110或210的各個點處造成了各不相同的溫度升高。同樣地，根據本發明的熔絲條110或210的特定配置使助於形成特定的熔斷區域成為可能，因為收窄部112、113、212、213和214所耗散的熱量與段111和211不同。實際上，收窄部的幾何結構影響它們與周圍環境的熱交換。相同類型的各個部具有相同的熱交換，在熔絲條上的不同點處基本上同時熔化，熔化所需的時間取決於在該熔絲條中流通並且導致它加熱的過電流。例如，對於寬度和長度相等的部來說，弧形或圓形形狀的凹部比矩形形狀的凹部耗散更多的熱量，因為該部包括更多的材料。但是，對於非常高的強度，收窄部的最小寬度是比凹部的形狀更佔主導地位的參數，因為該部首先在其中心內熔化而不是均勻地熔化。同樣地，當出現過電流時，某些部能夠比其他部更快地熔化。當條包括單種類型的收窄部時，其「切斷時間/切斷強度」響應曲線示出了給定的方面。通過比較不同類似的收窄部，得到與每一個部相對應的每一條響應曲線的疊加的響應曲線。在最高強度處，對應於熔斷器的降低到非常小的切斷時間，具有最小寬度最低的部首先熔化。在所描述的實施例中，這對應於第一類型的收窄部112和212。當過電流是較小時，隨著切斷時間稍微變大，部的長度和特定的幾何結構開始起作用。如此，對於部的矩形凹部和它們更長的長度，第二和第三類型的收窄部113、213和214能夠在第一類型的收窄部112和212之前熔化。在特定的強度範圍內，熔斷器I的操作因此變得更快。實際上，根據第一實施例的條更容易製造，因為對於僅兩種類型的不同收窄部，需要更少次數的機械加工和/或成型操作，而根據第二實施例的條包括三種不同類型的收窄部，但是這使獲得不同的響應曲線成為可能。可替代地，條可包括多於三種類型的不同收窄部，但是這使得條的製造更複雜。根據另一個替代實施例，不同類型的收窄部的凹部的幾何結構、最小寬度、長度和形狀可以有所不同。例如，在第二實施例中，第三類型的收窄部的最小寬度和長度可以大於第二類型的收窄部大的最小寬度和長度。可替代地，第三類型的收窄部可具有相同的最小覽度。此外，凹部可為三角形、橢圓形、齒形或任何其他的幾何結構。圖11示出了設置有熔絲條110的熔斷器I的工作的曲線圖。該熔斷器I依照於以上結合圖I至6所描述的第一實施例。圖11中的曲線圖按照對數刻度示出了在Y軸上示出的以秒(S)為單位的切斷時間t與X軸上示出的以安培(A)為單位的故障電流的強度I的關係。用實線示出的曲線Cl對應於設置有如下條的熔斷器的特性，所述條僅包括第一類型的收窄部，類似於112，沿該條有規律地間隔開。用虛線示出的曲線C2對應於設置有如下條110的熔斷器I的特性，所述條包括按如下方式沿條110交替的收窄部八個第一類型的收窄部112與一個第三類型的收窄部11的交替結構。實際上，對於所謂的中等強度，根據本發明的熔斷器I的切斷時間(對應於在10毫秒至I秒之間的熔化時間)降低了，對於低強度，熔斷器I的響應(對應於大於或接近於10秒的熔化時間)無改變或改變很小。切斷時間根據故障強度電流對應於特定類型的收窄部的熔化。
權利要求
1.一種熔斷器(1)，包括 管狀主體⑵， 至少一個絕緣杆(4)，沿所述管狀主體的縱軸(X-X』 )設置在所述管狀主體中，以及具有恆定厚度(ellO)的至少一個熔絲條(110;210)，設置在所述杆(4)上，並且在所述熔斷器⑴的縱向端部(la，lb)之間延伸，所述條(110 ；210)包括具有最大寬度(1110 ；1210)的段(111 ;211)和沿所述條(110;210)的縱向設置的若干收窄部(112，113;212，213，214)，每一個收窄部具有由其最小寬度(1112，1113 ;1212，1213，1214)和其長度(L112，L113 ；L212, L213，L214)限定的幾何結構， 其中，所述收窄部(112，113;212，213，214)具有至少兩種不同的類型，並且包括至少一個第一類型的收窄部(112 ;212)，其具有第一最小寬度(1112 ;1212)，以及至少一個第二類型的收窄部(112 ;212)，其具有不同於所述第一最小寬度的第二最小寬度(1113 ;1213)， 其特徵在於，所述收窄部(112，113 ;212，213，214)沿所述熔絲條(110 ;210)以所述第一類型的收窄部(112 ；212)和所述第二類型的收窄部(113 ；213)相交替的方式有規律地間隔開，其中。
2.根據權利要求I所述的熔斷器，其特徵在於，所述條(110；210)包括按下列方式交替的收窄部在每兩個所述第二類型的收窄部(113 ；213)之間有若干所述第一類型的收窄部(112 ；212)。
3.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述條(110；210)包括按下列方式沿所述條(110 ；210)交替的收窄部每連續的六至九個所述第一類型的收窄部(112 ；212)之後接以一所述第二類型的收窄部(113 ；213)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述條(110;210)包括按下列方式沿所述條(110 ；210)交替的收窄部每連續的七個或八個所述第一類型的收窄部(112 ；212)之後接以一所述第二類型的收窄部(113 ；213)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述第一類型的收窄部(112 ；212)的最小寬度(1112;1212)小於所述第二類型的收窄部(113 ;213)的最小寬度 /I Π(1113 ;1213)，其中所述第二最小寬度與所述第一最小寬度的比值在I. I至I. 4 /Iiz IZlZ之間。
6.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，每一個所述第一類型的收窄部(112;212)包括至少一個凹部(112a，112b ;212a，212b)，所述至少一個凹部(112a，112b ；212a,212b)的邊緣是弧形的或圓形的。
7.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，每一個所述第二類型的收窄部(113 ；213)包括大體上為矩形形狀的至少一個凹部(113a，113b ;213a，213b)。
8.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述第一類型的收窄部(112 ；212)的長度(L112 ；L212)小於所述第二類型的收窄部(113 ；213)的長度(L113 ；L213)。
9.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述條(210)包括至少一個第三類型的收窄部(214)，所述至少一個第三類型的收窄部(214)具有第三最小寬度(1214)，該第三最小寬度(1214)既不同於所述第一類型的收窄部(212)的第一最小寬度(1212)也不同於所述第二類型的收窄部(213)的第二最小寬度(1213)，其中所述第三最小寬度與所述第一最小寬度的比值
10.根據權利要求9所述的熔斷器，其特徵在於，所述第三類型的收窄部(214)包括大體上為矩形形狀的至少一個凹部(214a，214b)。
11.根據權利要求9或10所述的熔斷器，其特徵在於，所述第二類型的收窄部(213)的最小寬度(1213)小於或等於所述第三類型的收窄部(214)的最小寬度(1214)，並且所述第二類型的收窄部(213)的長度(L213)小於或等於所述第三類型的收窄部(214)的長度(L214)，其中在所述寬度(1213，1214)相等的情況下，所述長度(L213，L214)不相等，其中所述第三最小寬度與所述第二最小寬度的比值(
12.根據權利要求9至11中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述條(110；210)所包括的所述第一類型的收窄部(112;212)的數量比所述第二類型的收窄部(113;213)的數量多，並且在適用的情況下，所包括的所述第二類型的收窄部(213)的數量比所述第三類型的收窄部(214)的數量多。
13.根據權利要求9至12中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述條(110;210)包括按如下方式沿所述條(110 ；210)交替的收窄部每連續的七個或八個所述第一類型的收窄部(112;212)之後接以一所述第二類型的收窄部(113 ;213)，並且每七個所述第二類型的收窄部(113;213)中有一個所述第二類型的收窄部(113;213)被一所述第三類型的收窄部(214)所取代。
14.根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器，其特徵在於，所述第一類型的收窄部和所述第二類型的收窄部以及在適用的情況下第三類型的窄節彼此分離。
15.一種組合開關，其特徵在於，所述組合開關包括至少一個根據前述權利要求中任一項所述的熔斷器(1)。
全文摘要
一種熔斷器(1)，包括管狀主體(2)；沿所述管狀主體的縱軸(X-X』)設置在所述管狀主體中的至少一個絕緣杆(4)；具有恆定厚度的至少一個熔絲條(110)，螺旋狀地纏繞在至少一個杆(4)上並且在所述熔斷器(1)的縱向端部(1a，1b)之間延伸，所述條(110)包括具有最大寬度的段(111)和沿所述條(110)的縱向設置的多個收窄部(112，113)，每一個收窄部具有由其最小寬度和其長度限定的幾何結構，其中，所述收窄部(112，113)具有至少兩種不同的類型並且包括至少一個第一類型的收窄部(112)，其具有第一最小寬度；以及至少一個第二類型的收窄部(113)，其具有不同於所述第一最小寬度的第二最小寬度。所述熔斷器的特徵在於，所述收窄部(112，113)沿所述熔絲條(110)以所述第一類型的收窄部(112)和所述第二類型的收窄部(113)相交替的方式有規律地間隔開。
文檔編號H01H85/042GK102893364SQ201180024252
公開日2013年1月23日 申請日期2011年3月28日 優先權日2010年3月29日
發明者P·拉瓦尤德, T·拉保德, D·伯裡爾 申請人:梅森法國Sb公司