CN1035910C - 限流熔断器 - Google Patents

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Abstract

一种限流熔断器，包括：一个具有第一和第二导电端盖和一长度方向轴线的绝缘熔断器管；在所述管内沿长度方向布置并在所述第一和第二盖之间伸延的一个非导电支撑件，所述的非导电支撑件具有多个支撑面，该支撑面从所述的长度轴线径向凸出；一段长度的熔断元件，该熔断元件具有多个沿所述长度分布的减少了面积的部分；所述长度的所述熔断元件被沿着所述非导电支撑件缠绕，并在相邻的所述减少面积部分之间的位置上接合所述的支撑表面。

Description

限流熔断器
本发明总的涉及配电设备，更具体地说，本发明涉及限流熔断器和用于跨接在架空配电断流器固定支架的分置端子之间的门上的脱落式熔断器壳体，更加具体地说，本发明涉及一种新的限流脱落熔断器壳体，它适用于安装在工业标准的通用的断流器固定支架中，这些断流器固定支架现在使用冲出式熔断器。
熔断器是一种电流遮断装置，它在流过过电流或短路电流时熔断其电流响应元件，从而保护电路。熔断器一般具有如下功能特征：(1)它把传感元件和遮断元件合并在一个整装的装置中；(2)它只响应于通过它的电流的大小及其持续时间的组合而直接动作；(3)它一般不包括任何把其接到激励电路或从激励电路上断开的装置，而是需要单独的装置实现这一功能；(4)它是一个单相装置，因而只有遭受过电流的一相或几相中的断路器动作以断开受影响的故障电路中的相；(5)在遮断过电流之后，它被更换从而恢复供电。
熔断器典型地使用在电力工业中，保护供电变压器，电缆，电容器组和其它电设备免遭破坏。这些熔断器在破坏发生之前把故障设备或电路与其电源快速断开。
现在使用的熔断器有两种基本类型，冲出式熔断器和限流熔断器。每种类型都使用一可熔元件，当预定大小和预定持续时间的电流通过时该元件熔断。
冲出式和限流式熔断器以完全不同的方式切断过电流。冲出式熔断器通过当可熔元件熔化时放出的气体的去离子作用来切断过电流。限流式熔断器是当可熔元件熔断时建立的电弧受到物理限制以及围绕可熔元件的沙子填料的冷却作用时切断过电流的。
这两种类型的熔断器中最早的是冲出型的，冲出型熔断器典型地使用一个相对短的可熔元件(在通常称为“熔丝链”内)，装在一管状壳体中，该壳体是称作“熔断器壳”的较大组件的一部分。在冲出式熔断器中使用的壳体与有机材料有关，例如骨纤维(bonefiber)。当可熔元件响应过电流熔断时，便产生电弧，电弧的热量使衬料产生气体，借助于该气体的去离子作用及爆发作用来切断过电流。冲出式熔断器的特征在于，大的噪声，发出猛烈的气体、火焰及燃烧碎屑，所有这些都对接近它的操作人员有危险。由于它动作猛烈，这种类型的熔断器一般只限于用在户外。既使使用在户外，冲出式熔断器也必需安装在离要保护的设备较远处，这是由于它动作的爆破性以及向绝缘空间喷射离子化气体的缘故。此外，冲出式熔断器被安装在供电系统的电杆上，已经发现由于它喷出的火焰会使草地引起火灾。
冲出式熔断器的另一个固有的缺点是在熔断器切除大的电流故障之前需要电流的 有时为1个整周期。在这期间内，它要保护的设备必须耐受全部经熔断器通向设备的允许故障电流。耗散在设备中的可能的破坏能量正比于公式I2T，此处I为过电流幅值，T是过电流持续时间。此外，冲出式熔断器在其切断系统电流之前容许流过的大电流可能引起网络上讨厌的电压降，从而使电灯闪烁并使敏感的计算机和电子设备受害。另外，冲出式熔断器可能不能足够快地切断过电充，因而不能阻止其它的熔断器、重合闸装置或其它的保护继电器及电路装置暂时地或永久地与网络的其它部分断开。此外，增加了的供电量导致一低阻抗的配电网络和对更大的遮断能力的需求、有时是对超过冲出式熔断器使用中能提供的遮断能力的需求。
冲出式熔断器的有限的遮断能力，其动作带来的可能的危险，用于建筑物内或壳体内的不适应性，其相对慢的切断时间以及其它因素促使发展限流熔断器。限流熔断器至少有三个特点使它极其适合于电力工业中。
(1)快速完成电流遮断，没有电弧产物或气体排出，不产生施加于熔断器本体上的外力，这是因为所有的电弧能量被熔断器中的砂填料吸收了，然后以热的形式在相对低的温度下释放了。这便使得限流熔断器可用于户内，或者甚至在小的壳体中。而且，因为不放出热气或火焰，与其它电气设备只需要正常的电气间距。
(2)如果电流大大超过了熔断器的连续电流额定值，限流作用，即将流经熔断器的电流减小到熔断器位置处的电力配电网所适合的一个值便会发生。这样的电流减小降低了对故障电路和故障设备的压力和可能的破坏，也降低了对电网的冲击。
(3)借助于它的限流作用可以得到非常高的遮断值，使得限流熔断器可以应用于能产生非常大的短路电流的中压或高压的配电网络中。
限流熔断器典型地包括一个或几个所需长度的银丝或银带元件，将其端部电气地连接到一对电端子上。把由可熔元件和接线端子构成的组件放入管状壳体中，壳体用耐高温的材料构成，在壳体充入纯净的硅砂后密封。
对于合适的故障电流遮断能力，限流熔断器需要足够小的元件长度，同时要求足够的元件横截面面积，以便承载正常情况下的稳态电流。为了使熔断器尽量短，所需元件长度一般通过把元件绕在一支撑元件或“辐射架”上来达到，支撑元件由耐高温的不破裂材料制成。在限流熔断器中通常使用四边的元件支撑件或辐射架。不过也常使用具有六个或更多支撑臂的支撑元件。使用多臂的支撑元件使得缠绕元件接近于环形。当元件直接绕在一定间距的支撑臂上时，圆环形提供了最大的元件长度。所需的元件的横截面积由具有最大实际厚度的带状元件实现，当需要大量流时，并联上类似的元件。对于额定电流大的熔断器，元件的并联和元件匝之间需要的隔离导致了较长的螺旋绕组。
当为遮断大电流而动作时，可熔元件在其整个长度内几乎立即熔化。如果在元件中有截面小的部分，元件就开始在这些部分熔化，接着熔化其余的部分。生成的电弧快速地向其周围的砂散热。这能量使元件周围的砂熔成玻璃状的通道结构，称为“闪电熔岩”。快速地散热以及电弧被熔化的玻璃状闪电熔岩的限制把电流完全地限制为相当小的值。电流很快地降低，并使其与系统电压同相位，在相电流的最早一个电流过零点上被切断。
在大电流的熔断器中用金属带作高电流可熔元件是常见的。带状元件和丝状元件相比的优点是，具有较大的向邻近填料的热传导和热辐射的表面积。因而，对于一种给定的导体材料而言，带状元件比丝状元件具有较高的稳态安培额定值，从而改善了遮断性能。带状元件还有的明显优点就是适合于打孔或开槽，以便减少横截面积，提供所需的熔化特性和精确的电弧电压产生控制。当带状元件的限流熔断器碰到高的故障电流时，截面较小的部分被快速加热至熔点。这便产生了一定数量的串联的小电弧，从而限制了在这一时刻出现的电弧电压的峰值。形成的电弧继续熔化带状元件的剩余部分，最后形成占有元件全长的一个电弧。
对于低值电流，例如可能发生在高阻抗故障中或持续过载时的电流，会发生完全不同的现象。在这些情况下，元件被慢慢加热，最后只在有限的几处或许只在一处熔化。一个或几个短电弧开始试图燃烧可熔元件的较长部分。非常高的电弧热量再次形成一个闪电熔岩(fulgurite)。不过，因为起始电弧的长度短并且元件燃烧的速度不够快，而使得在大的集中热源破坏所形成的闪电熔岩的效能之前不能遮断电流，熔断器则不能切断低值电流。因而，为了能够遮断低值故障电流，许多现今的限流熔断器使用与第一个元件串联的第二个可熔元件，其中第二个元件用来响应这种低值故障电流而熔断，从而切断这种故障电流。
在选择熔断器方面对实际使用的一个重要的考虑是关于熔断器在现存的网络中是否容易安装以及安装和维修成本。在现今的电网中，冲出式熔断器壳体被典型地安装在固定支架内，其组合被称为“断流器”(cutout)。一般地说，断流器包括一具有一个绝缘支撑的支架，它被安装于电杆上，或跨臂上，并有一对隔开的端子，用来接收并电气地接合熔断器壳或开关组件或其结合。当被安装上时，熔断器或开关跨接在断流器固定支架的端子间的“门”上。
当与熔断器壳结合时，术语“熔断器断流器”(fuse cutout)通常指的是上述的固定支架。被典型地使用在熔断器断流器中的熔断器壳设计得够容易地从断流器的端子上拆除。一种这样的熔断器壳是“脱落”(dropout)型的，它在熔丝的起动下，熔断器壳的一端与断流器固定支架脱开。这时，熔断器壳的不受约束的一端就向下转动并脱离其正常的跨在支架门之间的位置，而熔断器壳仍然由它的一个依然接合着的端部支撑在支架上。熔断器断流器通过断开与隔离电路的故障部分来为供电电路提供保护。
冲出式断流器提供了一种相当方便且成本低的配电系统保护装置，而且在工业上正在采用一种冲出式熔断器壳及安装支架的标准尺寸，使得一家生产的熔断器壳能合适地用于另一家生产的支架。因而这些“可互换的”断流器在这个地区中被广泛地用于供电系统，现今还有大量的这种断路装置在运行中。
随着对供电量、更加可靠的维护、较高的安全水平、改善变压器的过电压保护系统以及使系统更紧凑这些要求的增加，冲出式断流器的方便性和成本不能满足现今电力事业的需要。上述的许多冲出式熔断器的问题可用限流熔断器克服。然而，现有技术中限流熔断器的方便性和成本是不能满足要求的。
为了克服上述问题，人们进行了多种尝试，例如US3，827，010中披露的Cameron等人的装置。这种装置提供了一种脱落组件，其中包括和一冲出式熔断器串联的且成一直线安装的限流熔断器，使得这种熔断器断流器能提供全部范围的保护。但是这种发明的脱落组件的整个长度大于现有配电系统中使用的断流器固定支架的门(即端子间的跨距)。因而，为了利用Cameron等人的发明，人们必须更换百万计的现在使用的断流器。不仅从设备成本的观点看，而且更重要的从更换这些断流器的劳动成本的观点看，这种方法是行不通的。而且，这种装置不能避免火灾危险，不能满足跨度要求，不能克服破坏与其串联的元件的问题，或当两个串联部分中有一个拒绝动作时不能协调动作。
在美国专利4,011,537中披露了Jackson等人的一种类似的装置，在这个专利中，限流熔断器和冲出式熔断器都装有绝缘裙，用以克服有时出现在这种装置中的闪烁倾向。但是，这一特征没有优点，因为Jackson等人的直线组合脱落组件具有上述与目前使用的设备不相兼容的同一缺点。
在美国专利3,863,187中Mahieu等人提出了克服上述问题的另一种方法，Mahieu等人使用一个和限流熔断器串联的冲出式熔断器，但把限流熔断器安装在“门”外，使得它不构成脱落组件的一部分。这种结构的一个优点是，限流熔断器的尺寸不受断流器安装支架端子跨度的限制，而且整个跨度可用来容纳冲出式熔断器。如此，这种布置可以实现全范围内的保护，而不对配电系统的整体配置产生不良影响。不过这种装置的一个缺点是，限流熔断器的更换困难，尤其是在不利的气候条件下。在这一配置中，限流熔断器通常安装于断流器的电源侧，以便提供所需的工作性能。如此，维修人员通常需要工作在线路的带电部分来更换Mahieu等人所述的装置中的限流熔断器，因为电力事业单位不会为维修而停电，况且没有一种办法可以容易地确定限流熔断器是否还在工作。因而，当例如在Mahieu等人的专利示出的装置中的冲出式熔断器部分动作后，采取的办法是把冲出式熔断器和限流熔断器都换掉，而后检查限流熔断器是否还能继续使用。而且引起火灾的危险以及对冲出式熔断器附加的间距要求仍存在，这是因为从冲出式熔断器中排出气体和其它产物所致。此外，必须留出大于冲出式熔断器需要的间距以便更换限流熔断器。而且必须保持两种熔断器的合适的电气配合，以便确保借助于冲出式熔断器的脱落动作指示熔断器的动作并除去熔断的熔断器上的电压。
在美国专利4,184,138中Beard等人披露了另一种熔断器断流器，这种装置是限流熔断器和冲出式熔断器组合的另一个例子，这种组合设计成可装在现存工作的断流器中。Beard等人的这种设计使限流熔断器和冲出式熔断器的轴线错开，使得这种组件可以装在现有的可互换的断流器中，使其比Cameron、Jackson或Mahieu等人的装置更方便。但是，该发明由于使用了冲出式熔断器而有许多固有的缺点，即噪声，喷出火焰电弧产物，需要协调等等。此外，过多的安装硬件和元件是麻烦的，因此不理想。进而，象Mahien等人的专利所说明的，在冲出式熔断器动作时，必须也对限流熔断器进行检验或者更换并稍后进行检验，这便增加了成本。
因而，尽管熔断器技术已有发展，工业界仍欢迎进一步的发展。尤其是由于限流熔断器使用的增加以及由于成本因素而使用现有的断流器固定安装支架，使得需要全范围的限流熔断器壳，其尺寸便得能够装在现有可互换断流器固定支架的“门”内。理想的是，这种熔断器壳应是脱落型的，以便提供熔断器动作的指示，消除已熔断的熔丝上的电压，并且容易安装和维修。限流熔断器壳应该完全是非冲出式的，以避免对人员的危险，消除火灾隐患，并允许该装置装在被保护的设备或其它设备附近。限流熔断器壳动作时应不产生噪声，没有冲出式熔断器动作时发生的电压急降。限流熔断器壳应大大地减少或消除被保护设备的严重的故障隐患。全范围的非冲出式的限流熔断器壳应消除误配合的可能性，或消除由于局部使用损坏的熔断器而出现的问题。这两者当使用冲出式熔断器作为切断熔断器组件的低电流的部分时都被涉及到。而且，全范围的限流式熔断器壳提供一种完全密封的大电流和低电流的遮断部分，从而确保遮断性能不会被污染的环境带来不利影响。
本发明的目的是提供一种限流熔断器，它能够提供全范围的电流遮断能力，并可以配合熔断器壳装在现有的可互换的断流器固定支架中。
本发明提供了一种限流熔断器，包括：
一个具有第一和第二导电端盖和一长度方向轴线的绝缘熔断器管；
在所述管内沿长度方向布置并在所述第一和第二盖之间伸延的一个非导电支撑件，所述的非导电支撑件具有多个支撑面，该支撑面从所述的长度轴线径向凸出；
其特征在于还包括：
一段长度的熔断元件，该熔断元件具有多个沿所述长度分布的减少了面积的部分；
所述长度的所述熔断元件被沿着所述非导电支撑件缠绕，并在相邻的所述减少面积部分之间的位置上接合所述的支撑表面。
本发明还提供了另一种限流熔断器，包括：
一个主体；其特征在于还包括：
一个设置在所述主体内的辐射架，它具有分开的支撑臂，在所述臂之间带有凹部；和
与所述支撑臂相连的设置在所述辐射架上的一个熔断元件，所述的熔断元件包括设置在所述支撑臂两个之间的一段，而其中所述的段在所述壁之间凹入所述凹部。
此外，提供了一种限流脱落式熔断器壳体，它尤其适合于安装在具有工业标准尺寸的常规的可互换的断流器固定支架上。这种熔断器壳包括一个熔断器主体，该熔断器主体由一熔断器管组成，在管的每端装有盖组件。熔丝元件围绕一个沿熔断器主体长度延伸的辐射架安装在熔断器主体内。熔丝元件包括一大电流的和一小电流的可熔部分。此外，在辐射架周围，有一辅助线延伸过熔断器主体的长度。辅助线的上端连接到上盖组件上。一根触发线连接到辅助线的下端并延伸通过下盖组件，伸出熔断器主体外部。辅助线和触发线与下盖组件绝缘。
熔断器主体上的下盖组件安装在一个铰接件上，该铰接件被可转动地支持在可互换的断流器固定支架上。该铰接件包括一铰接构件，它被可转动地安装在可互换的断流器固定支架中，还包括一支持熔断器主体的连接件和一个锁件，该锁件用来把铰接件和连接件在相对于彼此的收缩位置上闩住。铰接件和连接件用一铰接合件被可转动地连接起来。当限流熔断器壳安装在可互换的断流器固定支架中的一个延伸位置并正传导正常的系统稳态电流时，所述的锁件把铰接件和连接件保持在收缩位置。借助于触发线使锁件保持闩住或收缩状态，触发线的末端连结到锁件上。当在熔丝动作时，由于触发线熔断，锁件把铰接件从连接件上释放，从而允许铰接件向伸展的状态转动，使限流熔断器壳回缩，因而从可互换的断流器固定支架的上端子上脱落。下盖组件也包括下盖组件和位于触发线通向熔断器主体外部一个位置上的触发线之间的火花间隙。当经历故障电流时，火花间隙的电弧帮助保证触发线熔断并把锁件释放。
铰接件进一步包括一电流转换件，它保证铰接件和下盖组件间的电气连接，同时也作为弹簧，在触发线释放锁件时使铰接件和连接件偏离。
限流熔断器的长度借助于把可熔元件螺旋状地缠绕在几个沿辐射架的纵向长度径向伸出的支持面上减到最小。可熔元件包括几个分开的、非随机安置的闪电熔岩起动部分，例如被减少截面的部分，当发一故障电流时，在这些部分首先形成闪电熔岩。可熔元件被在相邻的减少面积的部分之间的支持面支持着，使得在与支持面分开的位置和熔断器管内壁分开的位置上首先形成闪电熔岩。
本发明也可以包括一上盖组件，该组件具有牢固地嵌套在一起的元件，并用一个紧固装置组装起来。紧固装置可以包括一个孔，在装配期间通过它把砂注入熔断器主体内。
本发明也可以包括一星形绕线结构，其中大电流熔断元件的开槽的或V形部分放在相邻的辐射状态的支撑面之间。此外，如果熔丝元件的相邻匝中被减少的面积部分交错排列或彼此偏移，就可得到闪电熔岩“嵌套”的优点。借助于把大电流熔丝元件绕在星形结构上以及使相邻元件匝的减少的面积部分偏移成交错排列，并且借助于非随机地放置减少的面积部分使之与熔断器管和辐射支持面分开，本发明可被做得小于其它方法制造的尺寸，并具与工业标准的可互换断流器固定支架的尺寸相兼容。
因此，本发明具有这样的特点和优点，它从根本上发展了熔断器和熔断器壳体技术，提供了一种脱落型的限流熔断器壳，这种熔断器壳可被用于工业标准可互换断流器固定支架中，还提供了全范围的电流遮断功能，而没有上述的现有技术中冲出式熔断器的危险和麻烦。本发明的这些和其它的特点和优点，在本领域技术人员阅读下列说明及符图之后，将变得更加明显。
为了详细地说明本发明的实施例，现在参看附图，其中：
图1是一个常规的可互换的断流器固定支架的侧视图，支架上装有本发明的限流脱落熔断器壳。
图2是熔断器主体的截面图，其中有上、下盖组件，具有大电流和小电流可熔元件的限流熔丝；
图3是沿图2中3-3线截取的本发明的限流熔丝和熔断器主体的截面图；
图4是本发明熔断器壳的上盖组件的分解图；
图5是图4中装在熔断器主体上的上盖组件的局部截面图；
图6是图5中的上盖组件的顶视图；
图7是熔断器上部元件端头件的顶视图；
图8是图7中的上部元件端头件的侧视图；
图9是用于上盖组件的嵌入螺栓顶视图；
图10是图9中嵌入螺栓的侧视图；
图11是上盖组件的上盖的顶视图；
图12是图11中的上盖的侧视图；
图13是安装在熔断器主体上的下盖组件的局部截面图；
图14是下盖组件的上部元件端头件的底视图；
图15是图14中的下部元件端头件的侧视图；
图16是下盖和铰接组件的处于锁住状态并安装在可互换断流器固定支架上时的带有局部剖面的侧视图；
图17是处于非锁住状态的下盖和铰接组件的端视图；
图18是本发明的铰接件的套筒的侧视图；
图19是图18所示套筒的端视图；
图20是铰接件的连接件的侧视图；
图21是图20所示的连接件的顶视图；
图22是铰接组件的正视图；
图23是图22所示铰接组件的底视图；
图24是图22的铰接组件的侧视图；
图25是由图18的套筒支持在图20的连接件内的铰接组件的局部正视图；
图26是锁件的顶视图；
图27是图26锁件的侧视图；
图28是图26的锁件的端视图；
图29是图26的锁件的另一端的视图；
图30是锁板件的侧视图；
图31是图30的锁板件的端视图；
图32是电流转接件的透视图；
图33是熔断器壳局部侧视图，在其下部、延伸位置，具有处于其收缩和锁住状态的铰接件；
图34是熔断器壳的侧视图，其处于收缩状态，具有未锁住的、松开铰接连接的铰接组件；
图35是一个熔断器壳的侧视图，其处在如图34的铰接件松开后并且熔断器壳在可互换的断流器固定支架内转动后的位置上；
图36是本发明限流熔断器和熔断器壳的另一实施例的载面图；
图37是限流熔断器和熔断器壳的另一实施例的局部截面图，具有形成在熔丝元件内的错开的或交替安置的减少的面积；
图38是熔断器壳的局部截面图，它具有安装于其内的带有并联熔丝元件的限流熔断器，熔丝具有错开的或交替配置的减少的截面部分；以及
图39是图37所示的实施例的侧视图，具有在邻近限流熔丝元件处生成的闪电熔岩。
首先参看图1，其中示出了已知的可互换的断流器固定支架10。固定支架10被电力工业或厂家称为“可互换的”，是因为它用来安装大量类似定额的冲出式熔断器壳，这些熔断器壳是由不同的电力设备厂生产的。可互换断流器固定支架10一般分别包括绝缘子12和上、下端组件16和18，它们分别安装在绝缘子12两端的上、下端支撑件17和34上。在接近绝缘子12的中央处连着支撑臂14，它可以被连接到任何常规的支撑托架15上，用来把断流器固定支架10连接在合适的安装构件上，例如设备电极的横臂(未示出)。
上端组件16被连接到端支撑17上，并且一般包括一反冲棒20，角构件22和上端托架11，它们都用螺纹固定器46连接到上端支撑件17上。端垫42、端子夹具19和螺栓连接器43被连接到上端托架11上，用来接收和夹持电线导体(未示出)。上端组件16进一步包括传导带28和杯状接点26，它整体形成在传导带28中。传导带28通过端子分路器29电气地互联杯状接点26和上端垫42。杯状接点26连接在调整杆32的一端，调整杆32被安装在穿过反冲棒20的一端的通孔31内。杆32的另一端连接传导带28的33处。线圈弹簧30被安置在反冲棒20的下侧和杯状接点26的顶部27之间，与传导带28配合，以允许相对于反冲棒20的杯状接点26的某种往返运动。杯状接点26作为电气连接，当熔断器壳被装于可互换断流器固定支架10内时，用来接收熔断器壳的上部电接点。一对(图1中只示出了一个)负荷断路钩导向臂24安装在角状件22的一端，用来引导熔断器壳进入上端组件16内，同时提供了一种暂时把负荷断路工具附件连接到固定支架10上的装置。
下端组件18一般包括从绝缘子12上伸出的下端支撑件34，固定铰接件35和止挡构件38，它们借助于有螺纹的紧固件37连接在下端支撑件34上。固定铰接件35包括一对挂钩臂36，它由导电材料例如黄铜制成。在臂36内有U形弯头40，用来支撑熔断器壳的下部铰接组件。U形弯头40形成一U形夹21，它有一中心23和底部25。导电弹簧夹45安装在固定铰接件35的上表面41上，压着熔断器壳，以确保熔断器壳和固定铰接件35之间良好的电接触。止挡件38和下部电流分路器47借助于紧固件37也被连接到下端支撑件34上。下端托架13借助于紧固件49连接到电流分路器47和止挡件38上。端垫44、端夹39和螺栓连接器48与下端托架13相连，用来接收和夹持电线导体(未画出)。下端电流分路器47为固定铰接件35和下端垫44之间提供了良好的电接触。
可互换的断流器固定支架10一般有两个电压额定值。这两个断流额定值分别为最大电压为15KV和27KV，这些常规的可互换的断流器固定支架具有工业上使用的“标准”尺寸。这些标准尺寸允许由任一可互换的断流器制造厂生产的一种给定电压额定值的熔断器壳可以使用在这些相同可互换的断流器制造商中任一个的具有相同电压额定值的断流器支架上。
为了使熔断器壳与可互换断流器固定支架10配合，即使熔断器主体的顶部接点安置在支架的杯状接点26的槽内，熔断器壳熔管部分的直径必须小于1.5英寸。这一尺寸允许熔管放于负载断路钩24之间。其它典型的可互换断流器固定支架的尺寸在表1中用D1、D2、D3和D4表示。这些尺寸根据具体的制造厂会稍有差别，如下表
所示：
表1：
  可互换断流器固定支架额定电压       可互换的断流器固定支架尺寸(英寸)
          D1       D2     D3     D4
    15.0KV   11-11-5/16   4-4-13/16   5-5/8-6-5/8   1-1-7/8
    27.0KV   14-7/16-14-13/16   4-4-13/16   5-5/8-6-5/8   1-1-7/8
表1所示的D1是当弹簧30和传导带28处在放松的不被压缩状态时(图1所示的弹簧30和传导带28被熔断器壳50压缩了一些)杯状接点26的最下边形成的线8和通过U形夹21的中心23的并行线9之间测得的尺寸。D2是在绝缘子12的中轴线7和与轴线7基本平行的通过U形夹21的中心23的线5之间测得的尺寸。D3是在绝缘子12的中心轴线7和基本上与轴线7平行的杆32和杯状电极26的中心轴线6之间测得的尺寸。D4是D3和D2之间的差。
仍旧参看图1，其中示出了本发明的安装在可互换断的流器固定支架10上的限流脱落熔断器壳50。限流熔断器壳50的首要目的在于为标准尺寸的可互换断流器固定支架10提供熔断器主体52，熔断器主体52与支架的上部杯状电极26按中心线对准。本发明的另一个重要目的在于不仅使限流熔断器壳50能适合于可互换的断流器固定支架10，而且使它的电压电流额定值能满足现在和将来的供电变压器过电流保护的需要。
继续参看图1，限流脱落熔断器壳50一般包括具有上盖组件54和下盖及铰接组件58的熔断器主体52。如下面所详述的，上盖组件54包括一顶部接点56。下盖和铰接组件58包括传导铰接构件60，它通过熔断器主体52电气地与顶部接点56互连。熔断器壳50被安装在可互换的断流器固定支架10内，在其下、下端组件16和18之间，使得上盖组件54的顶部接点56位于杯状接点26的槽内，并且使铰接件60被下端组件18的固定铰接件35连接。
现在参看图2，脱落熔断器壳50的限流熔断器主体52一般包括大电流可熔元件78和低电流可熔元件80，它们被装在具有内表面71的绝缘壳或熔管70内。熔管70最好由富环氧树脂(epoxy-enriched)的玻璃纤维制成，一般呈管状，在两端分别由上端盖和下端盖即帽72，74封闭。熔断器主体52的长度在图2中图D6表示，并被规定为上端部73与下端部75之间的尺寸。熔断器主体52内有一被称为辐射架76的支撑结构，它支撑着可熔元件78和80。高纯度的硅砂82或其它具有合适的遮断与绝缘特性的材料围绕着辐射架76和可熔元件78、80，并且充满熔断器主体52内没被使用的空间。
现在参看图2和图3，在较佳实施例中，辐射架76由无机云母制成。它包括从熔断器主体52的纵轴51向外辐射的四个臂100，在图2中可以看见3个。元件支撑面102沿每个臂100的长度均匀分布。一对薄片105从每一支撑面102上伸出，以便在制造期间帮助把元件78保持在支撑面102上。如图2所示，薄片105和支撑面102形成一沿辐射臂100长度方向的槽104。
可熔元件80、78绕在辐射架76的元件支撑面102上。高电流可熔元件78可以是一根或几根带或丝，也可以是串联的带和丝。在较佳实施例中，高电流可熔元件78包括一由银制成的带状元件90，其它导电材料也可以使用。较佳实施例中的带90具有大于900℃的熔化温度。最好如图2所示，带元件90包括一列减少的面积部分92，其上有通过带90厚度方向的孔。可用切口代替孔，切口可沿带90的边沿形成，或使用孔和切口的结合来减少带90的横截面积。具有减少的面积部分92的带90被螺旋地绕在辐射臂100的元件支撑面102上，所得到的线圈组件被装在熔断器主体52内。
本发明的熔断器主体52的尺寸被可互换的断流器固定支架10的尺寸限制，如表1所示。上面也已提到，熔管70要有小于1.5英寸的外径以便能装在导向臂24之间。然而，在这些限制下，熔断器主体52必须提供有足够长度和横截面积的元件80和78，以便具有合适的遮断特性和电流承受能力以满足现在的和将来的应用要求。
在这些相对小的熔断器主体内实现所需的元件长度和元件横截面积的关键是使螺旋绕制的高电流元件78相邻匝之间的间距最小以及使高电流元件78的最外直径和熔管70的内壁71之间的间距最小。在较佳实施例中这些间距借助于非随机地布置带90上的减少面积的部分92来减到最小，使得当把带90绕在辐射架76上时，减少了面积的部分92不接触辐射臂100的元件支撑面102，而是使减少了面积的部分92处在辐射臂100之间，并且不处在元件支撑面102的上方。在较佳实施例中，减少了面积的部分92被这样放置，使得辐射架76的元件支撑面102在相邻的减少了面积的部分92之间的中途支撑带90。按这种方式，如图2所示，带90的相邻匝中的减少了面积的部分92一般地对准基本上与熔管轴线51平行的柱93。这样安置，减少了面积的部分92相对于元件90的相邻匝的减少了面积的部分，当从垂直于元件78的边的方向(或跨过最短的元件到元件的间距)看时，被错开了些。
使减少了面积的部分92的辐射臂100的元件支撑面102之间保持分开具有极大的优点，它使得限流熔断器的结构大大地小于现有的限流熔断器，并使得本发明的熔断器主体52和熔断器壳50能装在现有的可互换的断流器固定支架10中。
一般地，沿着高电流可熔元件78的路径的电弧在元件的减少了面积的部分92处开始。这便在这些减少了面积的部分92产生较大的并较热的闪电熔岩部分(在熔断器动作期间熔化的砂的结构)。对于最普通的元件线圈形状(矩形的、螺旋的等)，元件和熔管间的间距随线圈的长度改变。如果元件78的减少了面积的部分92产生的较大的较热的闪电熔岩处在线圈与熔管之间大的间隙处，或处在与线圈元件78的最外部保持在最大的可达到的距离处，即离辐射架76的最突出的元件支撑面102的外面尽量的远处，元件78可以以较大的半径绕制并仍装在给定直径的熔管70内，而不会引起熔管70的热破坏，否则在故障电流遮断期间将发生这种热破坏并导致熔断器故障。
此外，虽然用作辐射架的典型材料通常被认为是耐受熔管70内产生的电弧及热量的并对于这些过程保持相对的“惰性”的，但已经发现，由把减少了面积的部分92配置在辐射架表面上，可增加跨在元件支撑面102上的燃弧时间，这趋向于劣化熔断器的遮断性能，因为这会使得通过的I2t较高，生成较大的闪电熔岩。另外，在元件78接触元件支撑面102的地方比相同截面的元件78被砂完全包围的地方的闪电熔岩要大。此外，当减少了面积的部分92按上述配置并如图2所示时，在减少了面积的部分92形成的闪电熔岩的最大宽度部分与元件78的相邻匝中的最宽的闪电熔岩部分被错开或偏离，从而在闪电熔岩的相邻匝之间提供了最大的分离。
在本发明中，把元件78的减少了面积的部分92与辐射架支撑表面102分开这种配置，使得能在由可互换断流器固定支架10确定的直径和长度限制下，达到所需的元件长度。把减少了面积的部分92与辐射架支撑表面102分开这种配置允许有最大的绕线直径，因而每匝元件具有最大长度，并且借助于保持元件78中产生最大最热的闪电熔岩的部分离开有最小的元件至壳体的间距的线圈部分。同样，产生较小闪电熔岩的部分也在这些小闪电熔岩的相邻匝的最宽部分处错开，使得元件78绕得更紧，从而使在给定的熔断器壳50的长度内得到较多的元件78的匝数，借助于减少元件78的分开相邻匝处的闪电熔岩的侵入，免除匝间短路的危险。
而且，象下面参照图36详细说明的那样，使用“星”形线圈与/或提供减少面积部分92的间距来使相邻元件匝间的减少了面积的部分92得到最大的错开，从而使这些相对小的限流熔断器主体得到最大的电流和电压定额。
即使利用上述的元件绕线技术来达到熔断器主体52内的最大的元件长度时，由于被可互换的断流器固定支架对熔断器主体52提出的尺寸限制，当改进熔断器壳50的电流电压定额时，必须考虑配电系统的参数，以便熔断器壳的定额满足现在的和将来的变压器过电流保护的需要。
一般地，限流熔断器壳50被使用在各个可互换的断流器固定支架10上时，必须能够遮断系统电压达到支架10的最大额定电压时的过负荷或故障电流。或者，象通常把限流熔断器用于牢靠接地的Y系统中时，熔断器壳必须能够在电压达到和包括系统的线对中点的电压时遮断过载或故障电流。8.3KV额定最大电压熔断器壳覆盖了15KV电压等级的牢靠接地的Y系统中的最大的线对地的电压。此外，最大额定电压为23KV的熔断器壳能覆盖相当普遍的38KV的接地的Y系统中的线对地电压。
适全于各个电压定额的可互换的断流器固定支架的全电压定额值的熔断器壳50有一高电流可熔元件线圈78，它允许具有较长的元件长度，当运行在断流器的最大额定电压时，为了成功地遮断过载或故障电流，这是需要的。因为在线对中线的应用中的低的运行电压，即在15KV的支架时为8.3KV，在27KV的支架时为15.5KV，在这种应用中可采用较短的元件长度。在可采用较短的元件长度的某些情况下，可以在安装在可互换断流器固定支架10上的熔断器壳50中使用并联的或多元件线圈78，这对高电流定额的熔断器是需要的。下表2总地了用在15.0KV和27.0KV的可互换断流器固定支架10中的限流熔断器壳50的最大电流额定值：
表2：
熔断器壳50最大额定电流 15.0KV          支架10          27KV     支架10
全电压额定(15.OKV)25安   线对中线额定电压(8.3KV)40安   全电压额定(27KV)18安 27KV线对中线电压额定(15.5KV)30安 38KV线对中线电压额定(23KV)20安
在较佳实施例中，银带90的宽度范围为0.125至0.250英寸，最好为0.188英寸，厚度大约为0.002至0.006英寸，视熔断器的电流定额而定。带元件90的长度及其并联个数取决于熔断器壳50的额定电流电压。典型地，用于15KV支架中的熔断器主体52具有接近8.84英寸的图2所示的长度D6，而27KV支架的熔断器主体52长度D6接近12.35英寸。下表3列举了熔断器主体52的最大允许尺寸及带元件90的最大并联数，还有元件90的典型长度，它们被用于上面表2中列举的熔断器壳50的电压额定值：
表3：
  支架10额定电压   熔断器主体52的最大尺寸   熔断器主体50的额定电压90并联数 最大的元件典型长度 元件90的典型长度
熔管70外径       长(D.)
   15KV   1.5英寸 9.5英寸     8.3KV     2     20.4
15KV   1.5英寸 9.5英寸    15.0KV     1     34.0
   27KV   1.5英寸 13.0英寸    15.5KV     2     34.0
   27KV   1.5英寸 13.0英寸    23.0KV     1     48.1
   27KV   1.5英寸 13.0英寸    27.0KV     1     45.8
仍然参看图2和图3，带元件90(或在高额定电流时并联元件90)被螺旋地绕在辐射架76上，并在较佳实施例中，每1/4匝被元件支撑102所支撑。给定所用元件带宽和间距之后，相邻的带匝由基本上均匀的距离分开，其距离范围大约在0.33至0.53英寸内，对于单根的非并联元件90，是从平行于轴线51的方向测量的(对于并联的元件90为0.40至0.67英寸)。在这一较佳实施例中，带90的螺旋绕组的半径大约在0.48到0.65英寸之间，是由轴线51到支撑面102测量的(最好为0.54英寸)，减少了面积的部分92被中点对中点地均匀隔开，其距离大约在0.35至0.50英寸之间。最佳实施例的熔管70具有约为1.48英寸的外径和约为1.36英寸的内径，元件90和熔管70的内壁71之间在每个元件支撑面102处的隔离小于0.20英寸，对于所有电压电流定额，最好约为0.13英寸。当利用上述技术使得元件对管有最小间隙时，即把元件78的减少了面积的部分92安置在元件支撑面102之间且不与其接触，则在较佳实施例中，在减少面积的部分92的中央处的元件78和熔管70的内壁71之间的间隙D5(图3)约在0.18和0.25英寸之间，最好约为0.23英寸，是沿着半径从轴线51测量的。使减少面积的部分92的中心至少离开元件持撑面102大约0.18英寸也是较好的。使减少面积的部分92离开元件支撑面102这种布置也使得元件线圈相邻匝之间的间隙最小，如前面所解释的那样。在有一根带元件90的熔断器
壳50内的元件90的螺距最好在约为0.50至0.66英寸之间，而双元件线圈的螺距约在0.85与1.06英寸之间。典型的带元件90的线圈数列于表4中，当利用减少面积部分的安置技术时，可以提供成功的熔断器遮断性能。
表4：
支架10的额定电压  熔断器壳50的额定电压 线圈螺距 元件90的匝数 相邻的减小面积部分92的间隙 相邻元件90之间的轴向间隙
  15.0KV      8.3KV       0.96″     6.1匝     0.42″     0.49″
15.0KV 15.0KV 0.58″    10.5匝     0.41 ″     0.38″
  27.0KV     15.5KV       0.90″    10.1匝     0.42″     0.49″
  27.0KV     23.0KV       0.58″    14.9匝     0.41″     0.38″
  27.0KV     27.0KV       0.58″    14.1匝     0.41″     0.38″
最好如图2所示，在辐射臂100的元件支撑面102之间一般形成缺口106。在最佳实施例中，这些缺口106的深度为元件支撑面102下方0.25。这些缺口106的宽度是线圈螺距与元件支持面102上被带元件90占据的空间和在元件两侧的元件定位片105的宽度的和之间的差，典型地为0.05英寸宽。这些缺口106用来减小在故障电流遮断期间，带元件90的相邻匝间闪烁的可能性，并使得能合适地安置辅助线120，下面将要详细说明。
仍然参看图2，低电流可熔元件80与高电流可熔元件78串联连接。可熔元件78和80之间由铜传导带79连接。传导带79被支撑在辐射架76上。低电流可熔元件80运行在低于高电流可熔元件78运行的预定电流值。在最佳实施例中，低电流可熔元件80包括1个或几个并联连接的导线110，它们最好由银或其它良导电材料制成，并由硅橡胶罩114绝缘。被包裹着的线110然后被螺旋地绕在辐射架76的下部。每根线110的一端用焊接连接在在其终点116的传导条79上。线110的另一端也用焊接与下部元件端86导电性地相连。在安装之前，当线110由熔化温度大于220℃的导电材料制成时，每根线110包括两根长度大约相等的线，它们在结点112用焊料焊在一起，焊料的熔化温度应低于线110的熔化温度。用来制造线110的导电材料或在结点112用的焊料具有这样的热特性，即在与熔断器要求的时间电流特性相符合的温度下它被熔化。虽然结点112完全被覆盖层114隔离，为了清楚起见，图2中的线110具有一个切去覆盖层114的部分。
仍然参看图2，在熔断器主体52内放置着辅助线120，辅助线120对于高电流定额的熔断器最好用银制成，对于低电流定额的熔断器最好用较高电阻率的导体制成。辅助线120以带90及线110相同的方向螺旋地绕在辐射架76上，并集中地位于带90和线110形成的螺旋线内，以这种方式，辅助线1 20如下所述，除去接近其上端点处之外，不与带90或线110接触。辅助线120的下段121在进入由低电流可熔元件80形成的螺旋管占据的空间时，用硅橡胶覆层121绝缘。辅助线120的上端被固定到上部的元件接头84上，参照附图13如后面要更详细描述的，辅助线120的下端端接在导电插座186上，该导电插座被保持在辐射架76下端上形成的中间凹座185上。导电插头188被插到插座186里并与触发线204电连接，该触发线最好由高强度和高电阻的镍铬合金制成。对于低额定电流的熔断器，该触发线204用象“铝热剂(theritme)”这样的材料制成，这种材料一旦被对触发线的起始电弧激发将受到熔化过程处理，触发线204通过下封头74伸出熔断器主体52之外，来与下盖和铰接组件58相接合。导电插座186、插头188和触发线204与下封头74完全电绝缘。
现参见图4-6，这里表示出熔断器壳50的上盖组件54和熔断器主体52的顶封头72。如在图4和5特别表示的，上盖组件54一般包括顶部接触件56，拉环132，有螺纹嵌入螺栓134和O型环密封件136。上盖组件54和上封头72结合在一起，上封头72一般包括顶端盖138和上部元件端头84。顶接触件56和上封头72被固定。而它们相互之间的位置用一单个的紧固件，如有螺纹的嵌入螺栓134维持。顶部接触件56的上端端面55高于熔断器主体52的上端端面73约0.75英寸。
现参见图7和8，上、下部元件端头84、86分别用导电材料制成，最好是铜，并且用做为辐射架76的支撑和用做为可熔元件78，80以及辅助线120的上端的落脚和端接点。如图7中具体描述的，上端头84包括4个辐射架的支撑件140，每一个包括一用来接纳辐射架76的接收臂100的接收切口142。上端头84的上表面144包括一凸出的隆起部146，该隆起部具有一大约正方形的周边148。在上表面144中间设置的是孔150，该孔用来接纳有螺纹的嵌入螺栓134的杆。正如图8中最佳表示的，凸出的隆起部146形成一个用来获取嵌入螺栓134的正方形头160的凹座158，在上端头84的下表面形成有延伸片154和156。4个片154用来支撑和用来保持辐射架的臂100之间的分隔。如图2所示，片156形成了带90和辅助线120的落脚和端接点，带90和辅助线120缠绕并焊在片156上。
现参见图9和10，所示的嵌入螺栓134包括方头160和有螺纹的螺杆162。最好，嵌入螺栓134用铜合金制成，但也能用其他合适的导电材料制成，头部160被设定这样的尺寸以致于被接纳在上端头84的凹座158内，该凹座防止头部160的转动。嵌入螺栓134包括一个中孔164，该中孔穿过嵌入螺栓长度方向轴电设置，用来给进入熔断器主体52内的砂子82提供入口。
现参见图11和12，顶盖138包括一圆柱形体165。圆柱形体165包括一上表面166和一凸出的接触件167，该接触件大约为方形并具有一贯穿凸起的接触件167形成的中孔168。凸起的接触件167形成一凹座169，如图4和5结合起来看的那样，该凹座169用来接纳上端头84的凸起的隆起部146。顶盖138最好由象110铜这样的铜合金制成。
再参见图4和5，顶端盖138的体165具有一个略大于熔管70外直径的内直径。在熔断器主体52组装时，顶盖138被放在熔管70的上部管端上并被磁化处理(magneformed)。并在磁化处理之前，把一种环氧粘合密封剂分布在熔管70和端盖138之间。
再参见图5和6，最好由电镀过的钢或不锈钢制成的拉环132被用来把熔断器壳50与可互换断流器固定支架10接合和分离。拉环132包括一个环形部分170和一方形部分172，该方形部分具有直内边173，上述直内边的尺寸定得刚好接纳和接合顶端盖138的凸起接触件167。在熔断器主体52组装时，嵌入螺栓134的方头160套在上端头84的凸出的隆起部内，接着再套在顶端盖138的凸起接触部167内。嵌入螺栓134的螺杆部分162穿过上端头84和顶盖138各自的孔150和168。拉环132的方形部分172被放在顶端盖138的凸起接触部167上，同时嵌入螺栓134的螺杆162穿过顶端盖138设置。O型环136被套放在螺杆162上。顶接触件56包括一个中间螺纹孔131，该螺纹孔131有螺纹的嵌入螺栓134啮合。当顶接触件56被套在螺栓134上拧紧时，O型环136在顶接触件56、嵌入螺栓134和顶端盖138之间密封。顶接触件56包括一凹进部或台阶137，设计其尺寸在顶接触件56被套在嵌入螺栓134上拧紧时，允许拉环132装配在顶端盖138和顶接触件56之间，上述拧紧直到O型环136达到要求的这样的程度，即被充分地挤压来密封所述的上述部件。
现参见图13，在此表示的下封头24包括底端盖180、密封件182和定位件184。底端盖180用铜合金制成，如铜110，或其他导电材料，它一般包括设置在熔管70周围的圆筒形体部分190和一大致圆筒形的直径缩小的伸延部194，该伸延部194从圆筒体部分190的中心伸延并与其相连，由此形成在盖180内的内凹穴198。伸延部194和圆筒体190大致上与熔断器轴线51同轴对正。孔196基本形成在与轴线51相横切的伸延部194下表面195的中心。
现参见图14和15，下端元件端头86包括4个辐射架的支撑件207，每一个包括一个用来接纳辐射架76的臂100的接纳切口208。下端头86的下表面206包括一个导电翼片192和形状上大致为环形的凸起的隆起部212，并形成一个凹座213。穿过下端头86的凹座213在中心设置的是孔214，孔214基本上与熔断器轴线51对齐。形成在下端头86上表面205的是有角度的翼片209，它被用来对辐射架76的臂100的支撑并保持臂100的分隔。上表面205进一步包括翼片211，用做为图2所示的低电流可熔元件80的导线110的落脚和端接点。线110最好缠绕并焊在翼片211上。
如在图12中最佳描绘的，下部元件端头86通过导电翼片192和底端盖180电连接。翼片192穿进底端盖180上形成的孔193。穿进端盖180的翼片192的部分被弯过来并焊在盖180上，此时放在底端盖180中间凹座198内的隆起部212把熔管70内的辐射架76定在中间。密封件182由一个橡胶垫组成。定位件184包括一用象尼龙这样的电绝缘材料制成的绝缘垫圈。密封件182和定位件184在伸延部194的中间凹槽198内同轴放置。密封件182和定位件184分别包括中孔200和202，它们和在底端盖180上的孔196对齐。密封件182的孔200具有大于定位件184的孔202的直径。一个高强度的镍铬合金触发线204被钎接或被焊到导电插头188上，插头188最好用铜制成。插头188包括一个凸缘189，它被放在密封件182和定位件184之间。
现参见图2、13和14，一个被用来收纳并导电接合插头188的有凸缘导电插座186穿过下端头86的孔214放置。插座186被扣在沿熔断器轴线51在辐射架76的下端形成的中间凹口185内。最好由铜制成的插座186被装配到如前所述的辅助线120上并与之导电接合。在以伸过孔200、202，和196并从熔断器主体52伸过来的镍铬合金触发线204组装熔断器主体52期间，通过下部元件端头86的孔214把导电插头188插入导电插座186。辅助线120的下端，插座186、插头188和触发线204与下盖和铰连接件58完全电绝缘。如在图13中最佳描绘的，在触发线204和底端盖180之间形成一个火花间隙210。间隙210对于熔断器壳50的全部电压和电流额定值来说最好大约为0.040英寸，被提供用来帮助如下面要更全面描述的导致熔断器壳50与可更换断流器固定支架10啮合的脱落。
现参见图16，熔断器主体52被固定在下盖和铰接组件58上，下盖和铰接组件58包括一铰接部件60，锁件和锁件板件62、66，弹簧63，电流交换器68和连接件64。如在此之后更加详细描述的那样，铰接部件60把下盖和铰接组件58装配在可互换的断流器固定支架10中。连接件64被相对铰接在铰接部件60上并把限流熔断器主体52固定到铰接组件58上。锁件和锁件板62、66分别在机械上保持住铰接部件60和连接件64，在熔断器50处于伸出位置并固定在可更换的断流器固定支架10内时，使其处于回缩或压入的位置。当故障电流使触发线204释放锁件62时，锁件62转动释放锁件板66，使得允许铰接部件60和连接件64转到伸开和释放的位置，该位置允许熔断器壳50回缩并脱落开可更换断流器固定支架10。电流转接件68确保铰接部件60和底盖180间的电接触，这时熔断器壳50处于它的伸开位置，在该位置上与断流器固定支架10的上端组件16相电连接，并且电流转接件68可作为偏置装置，在锁件62和锁件板66释开时把连接件64偏压到相对铰接部件60的伸开位置。
在图20和21中详细表示的连接件64的作用象一夹子，并大致包括一夹环段215和一对与其相连的铰接件支撑件217。铰接件支撑件217的端部216相互对着弯折并基本上形成相对于铰接件支撑件217的直角。定位孔218形成在铰接支撑件217上。相类似，一对定位切口220相互相对应地形成在铰接支撑件217上。如图16所示，一个夹紧舌片或连杆225被穿过定位切口220设置并被在两边弯折或扭曲，从而把二个铰接支撑件217拉在一起并围绕下封头74的底端盖180固定和夹住连接件64的夹环段215。
现参见附图22-25，铰接部件60包括基础部分232和一对向外伸延的形成一导槽的侧端件234。侧端件234包括定位孔236，定位孔236形成在相邻渐细的边缘240的侧端件234上端238上。连接到每个侧端件234的下端242的是肩部244，它包括象从此向外伸出的耳轴246这样的枢轴件。耳轴246沿轴247同轴地形成。肩部244包括凸轮样的电接触表面248，该表面用来与图1中所示的固定铰接件35的导电弹簧夹45电接合。也如图1所示，在往铰接件臂36上装设时，耳轴247通过U形环21的中心23。侧端件234进一步包括用于接纳销子252的定位孔250，如图16所示并如下面要描述的那样支撑可转动的锁件62。孔250设置在耳轴246和孔236之间的侧端件234上。如图22和23所描绘的那样，基础部分232在侧端件234之间伸延并包括槽254。槽254把基础部分232一分为二，形成一对腿部256。腿部256的端部258以一个角度伸出基础部分232，该角度基本上等于45°。腿部265的端部258形成一个肩部，如图16所示，该肩部啮合并支撑电流交换器68的一端。
最好如图18和19所示，套管69包括一个圆筒体222，该圆筒体222具有设置在每一端部上的减小了直径的部分224。缩径部分224在肩部228上和圆筒体222相结合。一个中孔226在长度方向上穿过套管69形成。再参见图16和20，缩径部分224被放在铰接件支撑件217的孔218内，使得部件217紧靠套管69的肩部228。套管69提供了一分开装置来保持铰接件支撑件217之间适当的间隔，并提供了给销子230的轴承件，最好如图16和22所示，该销子被穿在中孔226内。销子230如图25所示支撑铰接部件60。
现参见图26-29，锁件62用电绝缘材料制成并且包括基础部分260，侧端件262和熔丝限制端268。当前，对酞酸盐聚丁烯(“PBT”)(Polybutylene terephthalate)是用于锁件62的最好材料。侧端件262附着于基础部分260并从此向外伸出，它包括在侧端件262的一端形成的耳状件264。定位孔266被设在耳状件264上，并如图16所示接纳销子252，使锁件62围绕销252可转动地安装。弹簧63也绕销252安装从而把锁件62向铰接部件60的基础部分232偏压。与耳状件264相对的锁件62的自由端包括熔丝固定端268，该固定端包括4个向上伸出的指形片269，该指形片269沿固定端268的边缘定位。端部268进一步包括一凹座270，该凹座基本上被定位在端部268的中心。孔272穿过端部268在凹座270的中央形成。从熔断器主体52中伸出的触发线204穿进孔272，并热熔粘接或以其他合适方法固定在位于连接点271上的端部268的底面263上，最好如图16所示那样。锁件62的基础部分260包括一隆起段265，它从侧端262之间的基础部分260向外伸展。与耳状件264相邻的隆起段265的端部包括一锁定面267，如以下更详细描述的用来啮合锁件板66。
现参见图16、25、30和31，锁件板66是一大致平的金属板，该板具有用来啮合锁件62的凸起锁定面276，用来收纳连接件64的夹环或夹紧板225的凹口278，以及用来安装和拆卸熔断器壳50用“绝缘杆(hot stick)”啮合的锁槽280。锁件66进一步包括一个孔282，该孔用来接纳穿过铰接件支撑件217的孔218而伸延的套管69。销子230穿过套管69的中孔226并穿过铰接部件60的孔236。锁板66被铰接部件60的槽254接纳，并且该锁板66还包括一个止动肩227用来通过与销252的接合来限制它在销230上的转动。连接件64和锁件66围绕套管69的可转动安装连同凹口278内的夹环或夹紧板225的相互啮合一起导致锁板66非转动地锚定到夹具64上，使得锁板66和连接件64做为一套带有限流熔断器主体52的装置总是转动的，上述转动围绕连接件如销230和套管69。在铰接件的回缩位上，锁板件66的锁定面276被收放在铰接部件60的侧端件236形成的导槽内。这时，锁件62的自由端从铰接部件60的基础部分232离开转到与下端盖180的接合。在这个位置上，锁件66的锁定面276啮合锁件62的隆起段265的锁定面267。在如以锁定时，锁件62和锁板66以一相互间固定的角度把铰接部件60和连接件64的铰接方式保留在一个回缩或压入的位置，并防止围绕铰件，如销230和套管69的转动。当这些部件处于回缩位置时，虽触发线204与锁件62端部268的连接也用来保持在铰接部件60和连接件64之间的固定角度关系，但由于电流转接件68弹簧夹45，固定盖接触件26、熔断器壳50的重量施加的弹力和其他在夹持、运转、安装和工作过程施加给熔断器壳50的外力会足以破坏触发线204和锁定件62之间的连接或切断线204。在这些情况下，铰接组件会过早地伸开，使熔断器壳50不能放在工作位上，或者如果已经安装的话，导致与可更换断流器固定支架接合的脱落。
现参见图16、25和32，销290被穿过锁板件66的孔284而放置，并提供用于电流转接件68的支撑。电流转接件68最好用磷青铜制成，这是一种也适用于做弹簧的良好导电材料。电流转接件68为由一对腿292、293构成的U形形状。槽294从腿292的一端到腿293的中点，即到底肩295形成的地方伸延。最好如图32所见，腿293和肩部295形成一弓形段296。电流转接件68构成用来在熔断器主体52的底盖180和铰接部件60之间导通电流的手段。如图16和25所示。腿292、293跨在锁板件66上，并如图16所示被支承在从锁板件66上凸起的销290上。连接弓形段296与底端盖180电接合，这时电流转接件68的端部298如图16所示啮合由铰接部件60的腿256的端部258形成的肩部。
仍参见图16，电流转接件68被围绕销230而设置。当在熔断器主体52和铰接部件60之间接合时，电流转接件68用作为一根弹簧，并在铰接部件60和熔断器主体52之间绘出大约12英寸镑的扭矩，该扭矩有助于铰接部件60转到它的伸展位置从而允许熔断器外壳50从与可更换断流器固定支架10的接合脱落。限流熔断器外壳50在可更换断流器固定支架10上的安装和下盖及铰接组件58的工作通过参考图1、17和33-35被更好地加以描述。
首先参见图33，所表示的熔断器壳50带有处于回缩和压入位置的铰接部件60和连接件64，并带有用来为在可互换断流器固定支架10的第一级安装而被锁定的锁件和锁板件62、66。这样锁定的话，熔断器壳50处于其伸张位置。在该位置上，用于安装在一个15KV额定值的可互换断流器固定支架10中的熔断器壳50具有12英寸或更少一点最好约 英寸的总长D7(如图33所示)。用于安装在27KV额定值的可互换的断流器固定支架10上的熔断器壳50有
Figure C9311728900442
英寸或更小。最好为约 英寸的总长D7。
为了安装熔断器壳50，一个放线员、或其他技术人员利用插入到键槽280里的一根“绝缘杆(hot stick)”或其它绝缘工具由锁板66抬起熔断器壳50。利用绝缘工具，铰接部件60的耳轴246被挂在可互换断流器固定支架10的吊勾臂36上，使耳轴的轴线247穿过U形钩21的中心23。为了完成安装，该放线员然后围绕耳轴246，利用绝缘工具转动熔断器壳50，该绝缘工具这时通过拉环132钩住。
现参见图1，通过用绝缘工具推动拉环132，熔断器壳50的上盖组件54接合可更换断流器固定支架10的上端组件16，同时上端组件16的断路钩导臂24引导熔断器壳50使顶接触件56接合盖接触件26。当这样安装时，该铰接件处于它的扳起或回缩位置，借助于底端盖180，电流转接件68、铰接部件60和用于固定下端组件18的铰接件35的导电弹簧夹45，电流从上端16经熔断器壳50通到下端组件18。
现参见图13和17，当限流熔断器壳50经受到一预定幅值和持续时间的过电流时，可熔断元件78或80将熔断。在这发生后的一瞬间，经过辅助线120，触发线204和图13所示的火花间隙210，该过电流经熔断器壳50流到底端盖180。镍铬合金触发线204具有高电阻，而且与跨过间隙210的电弧所产生的热相匹配的高度的热量T2R，导致触发线204被切断，从而起到释放锁件62和使锁件62从被触发线204牵制的状况脱开的作用。发生上述情况时，锁件62不再由触发线204将其保持与底端盖180接触，锁件62由于弹簧63施加的弹力，趋使围绕销252以逆时针方向转动。图17表示了在触发线204被切断后立刻从底端盖80转离的锁件62。
现参见图34和35，熔断器壳50的重量、顶端组件16作用在熔断器壳上的力，和可互换断流器固定支架10的导电弹簧夹45施加到熔断器壳50上的力，以及电流转接件68产生的弹力将引起下盖和铰接组件58开始围绕销30变到伸展位置，并导致如图34所示的熔断器主体52的上盖组件54与顶端组件16的接合脱落，出现上述情况时，如图34所示，熔断器主体52及下盖和铰接组件58以逆时针方向开始围绕耳轴246转动，如图35所示直到熔断器壳50达到脱落位置，并停挂在可互换的断流器固定支架10的吊钩臂36上。
这种机械作用的非爆炸式脱落机构产生的脱落位置给放线员提供了一个清楚非常易见的指示，即熔断器已经熔断了。该机构免除了对以前被证明不可靠的炸药或其它爆炸填充物的依靠。另外，通过在预定幅值的过电流出现时使熔断器壳50与可互换断流器固定支架10的接合相脱落，从受作用的熔管上除去了电压应力。否则该电压应力最后可导致沿熔断器壳50外表面的爬电，并且可能的结局是在上、下端组件16和18之间闪络。
本发明的另一个实施例是被揭示在图36-39中，它包括一些额外的特征，这些特征导致可用于安装在现有的可互换断流器固定支架10上的改进的限流熔断器和限流熔断器壳尺寸。这些实施例包括前面所述和所示的许多同样元件。这样的话所示相似元件的地方，使用同一参号。
现参见图36，在此表示的是一种限流熔断器350，该熔断器包括一熔管体70、辐射架76和高电流可熔元件78。可熔元件78由银带351组成，该银带在结构上与上述的带90相同。参照图2和3所示的带90所做的描述，带351绕辐射架76螺旋缠绕，这样缠绕圈360的一圈表示在图36中。但是，与图2和3所示的实施例相比，带351以星形结构325绕辐射架76缠绕，从而包括在相邻辐射架臂100之间的“V”型段354。减少面积的部分92被设置在“V”形段354的最靠内的点356的两侧，该最靠内点处于该点到与元件支撑表面102之间基本等同距离的位置。用于带351的星式缠绕结构352使得元件缠绕的每一圈获得可利用的最大长度并且最有效地利用在圆筒形熔管70内的可用体积。该星式缠绕结构352进一步提供了闪电熔岩的最大部分，闪电熔岩形成在更集中位于熔断器350内的位置上。这允许绕组的最外部分(与臂部100的元件支撑面102相接触的部分)更靠近熔管70的壁面设置，同时允许比其他能获得的元件绕组更大直径的元件绕组，该绕组还能获得在每匝360上更长长度的元件78。这些特征有助于产生这样的可能性，即比一种已给的应用所要求的元件总长所可能的情况更小的限流熔断器体52的结构。在熔断器装配体积的使用上的这种增加的性能尤其是较高电流和/或电压额定值熔断器所要求的，因为这样高额定值熔断器所要求的体积比通过使用普通缠绕元件而不增加熔断器体52的长度或直径的情况要按更高的比率增加。在“V”形部分354上设定减少面积的部分92进一步隔开从熔管70和从辐射架76的支撑面102开始的带351的最长燃弧段。如前面所描述的，这导致良好和更加协调的限流熔断操作。
通过围绕辐射架76手工或以机器缠绕带351，并利用一种装置在辐射架臂100之间的点356处合适的凹陷位置上对熔条351加力并瞬时夹住在合适的凹陷位置上来获得该“V”形段354和星形结构352。另外，利用包括在辐射架76上的一个中间支撑面(未示出)来获得星形结构352，上述中间支撑面允许带351被保留在点356上的其凹陷位置上。获取星形结构缠绕352的最好方式是预先定形这些元件，使得在这个已定形过的元件在辐射架上正确定位时，该元件自身形成星形结构352。
  本发明的另一个替换实施例表示在图37。如图所示，限充熔断器370一般包括装有辐射架76的熔管70和熔带90，该熔带绕辐射架76如前所述绕在支撑面102上。砂82填充在这些元件和熔管70之间的空洞中。在该实施例中，熔带90包括减少面积的部分92，这一部分与支撑面102分开并成列对齐，上述列基本上平行于熔断器轴线51，如象列372，374，376那样。熔带90包括相邻的熔带段378和380。熔带段378的减少面积部分92在基本上与熔断器轴线51正交的方向上与熔带段380的减少面积部分92相偏移，偏移的距离等于列372和374及列374和376间的距离。如本领域普通专业技术能理解的，为了在相邻圈的减少面积部分92之间达到这种偏置或成台阶式的关系，仍然在减少面积部分92和辐射架支撑面102之间保持所要求的间隔时，减少面积部分92将不均匀地沿熔带90的长度分隔。
现主要参见图38，减少面积部分92的同样交错或交替的定位可用于限流熔断器中，该熔断器具有较高的电流额定值并要求平行的熔带，如图38中示出的限流熔断器390。熔断器390包括熔带元件392，394。它们在电气上并联连接，熔带元件392、394每一个包括减少面积的部分92，以前面所述段落的方法，与平行元件的减少面积部分92和与元件的相邻匝的最近熔带上的减少面积部分92相偏置。在元件392、394(图38)和元件378、380(图37)的相邻匝上的减少面积部分92的交错或偏置也被与图36所示的星形缠绕结构352相结合。
现再参见图37，减少面积部分92的偏置或交替定位影响闪电熔岩(fulgurite)的最外层的突出部分，其产生在任何一个与闪电熔岩的最窄段相邻而置的元件匝上，如图39所示闪电熔岩产生在相邻的匝上。
现参见图37和39，在熔断器370的动作清除高幅值的故障电流后，很可能出现所示的闪电熔岩段400、402。所示的闪电熔岩段400沿现已雾化的熔带段378形成。相类似，闪电熔岩段402在原来由熔带段380所占据的地方形成。尽管在动作并消除高幅值故障电流之后，熔带段378和380的减少面积的部分不再在熔断器370里存在，但在图39中的位置404、406上仍表示了原有的减少面积部分92的位置。如图所示，闪电熔岩段400、402在相邻于位置404、406和408处最大。沿闪电熔岩段400、402产生波浪形状，如象分别沿着闪电熔岩段400、402的相邻面410和412所出现的那样。如图所示，表面410包括一延伸面414，该面具有在闪电熔岩面412上形成的类似凹口416的形状。以这种方法，相邻闪电熔岩段400和402之间的最小间隔被固定在表面410和412之间。减少面积部分92的这种交错或偏置布置提供了绕相邻元件匝形成的闪电熔岩的“嵌套”。由于要求闪电熔岩在形成时嵌套，熔带件90(在图38的平行缠绕的情况下为392和394)可以以相邻匝间所允许的最小间隔围绕辐射架76缠绕。做为熔带元件的相邻匝较近定位的结果，熔断器370和390可以比常规限流熔断器做的更小，并可用于本发明的设计用于可互换断流器固定支架10上的熔断器壳50中。
尽管本发明的最佳实施例已被表示和描述，不脱离本发明的精神，本领域的熟练人员可做出修改。在此所述的实施例仅是解释而非限定。该系统和装置的许多变形和修改是可能的并在本发明的范围之中。所以，保护范围不由上述描述所限制，而仅受权利要求书的限制，权利要求书的范围概括了所要求保护的主体的全部等效内容。

Claims (23)

1.一种限流熔断器，包括：
一个具有第一和第二导电端盖和一长度方向轴线的绝缘熔断器管；
在所述管内沿长度方向布置并在所述第一和第二盖之间伸延的一个非导电支撑件，所述的非导电支撑件具有多个支撑面，该支撑面从所述的长度轴线径向凸出；其特征在于还包括：
一段长度的熔断元件，该熔断元件具有多个沿所述长度分布的减少了面积的部分；
所述长度的所述熔断元件被沿着所述非导电支撑件缠绕，并在相邻的所述减少面积部分之间的位置上接合所述的支撑表面。
2.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于所述的熔断元件包括从所述的第一导电端盖延伸到一个端接点的第一段和从所述端接点延伸到所述第二导电端盖的第二段。
3.根据权利要求2所述的熔断器，其特征在于：
所述第一段包括电气上并联的一对带元件，
所述的带元件对被缠绕在所述支撑件上形成围绕所述支撑件的匝，所述带元件对的每一个具有多个分布的减少面积部分，和
所述带元件对的每一个在相邻的所述减少面积部分之间的位置上接合所述支撑件的所述支撑面。
4.根据权利要求2所述的熔断器，其特征在于所述支撑面在相邻的减少面积部分之间基本上一半间距的位置上接合所述第一段。
5.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于所述减少面积部分纵向对齐成列。
6.根据权利要求5所述的熔断器，其特征在于所述熔断元件的许多匝围绕所述的支撑件缠绕，并且其中所述元件的相邻匝上的所述减少面积部分是错开的。
7.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于所述减少面积部分在其中间有距离所述熔断器管的壁至少0.18英寸的间隙。
8.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于所述减少面积部分在基中间具有距离所述支撑件的所述支撑面至少0.18英寸的间隙。
9.根据权利要求2所述的熔断器，其特征在于进一步包括由所述非导电支撑件支撑的辅助元件，所述的辅助元件具有第一和第二端，其中所述辅助元件的所述第一端和所述熔断元件的所述第一段各自在电气上与所述第一导电端盖相接合。
10.根据权利要求9所述的熔断器，其特征在于所述辅助元件的所述第二端端接在保持于所述支撑件内的导电插座上，所述的插座与一根触发线相串联。
11.根据权利要求10所述的熔断器，其特征在于所述的触发线通过在所述第二导电端盖上的一小孔伸出所述的熔断器管，并且与所述第二导电端盖绝缘。
12.根据权利要求9所述的熔断器，其特征在于进一步包括布置在第一导电端盖和所述支撑件之间的第一端头件，其中所述熔断元件的所述第一段和所述辅助元件的所述第一端在电气上各自与所述端头件相串联。
13.根据权利要求12所述的熔断器，其特征在于进一步包括一个连接所述第一导电端盖和所述第一端头件的固定件，所述固定件包括：
一个头部和一个螺杆部，
并且其中所述第一导电端盖包括一个凸起的接触部，该接触部用来收纳在所述第一端头件上的凸起段，而该第一端头上的凸起段又用来接纳所述固定件的所述头部。
14.根据权利要求2所述的熔断器，其特征在于进一步包括固定到邻近所述第一端盖的所述管的一端上的一个拉环，其中所述第一端盖包括一个方形凸起接触部，在该凸起接触部上接纳了一个所述拉环的方形锁定端，从而防止在其之间的转动。
15.根据权利要求12所述的熔断器，其特征在于进一步包括连接所述第一导电端盖和所述第一端头件的紧固件，其中所述紧固件包括用来接纳进入所述管内的砂子的入口。
16.根据权利要求12所述的熔断器，其特征在于进一步包括一个布置在所述支撑件一端和所述第二导电端盖之间的第二端头件，并具有用于与所述熔断元件相电连接的装置。
17.根据权利要求16所述的熔断器，其特征在于所述的第二端头件包括一个用来对在所述熔断器管内的所述支撑件定中心的凸起部。
18.根据权利要求17所述的熔断器，其特征在于所述第二端盖包括一个凸起部分用来接纳所述第二端头件的所述凸起部。
19.一种限流熔断器，包括：
一个主体；其特征在于还包括：
一个设置在所述主体内的辐射架，它具有分开的支撑臂，在所述臂之间带有凹部；和
与所述支撑臂相连的设置在所述辐射架上的一个熔断元件，所述的熔断元件包括设置在所述支撑臂两个之间的一段，而其中所述的段在所述臂之间凹入所述凹部。
20.根据权利要求19所述的熔断器，其特征在于：
所述的熔断元件包括减少面积部分的分布阵列；
所述分布阵列的所述减少面积部分围绕所述辐射架非任意地设置，从而基本上避免与所述支撑臂的接触。
21.根据权利要求20所述的熔断器，其特征在于：
所述熔断元件的所述凹陷段包括在所述凹部内的最靠内的点；
所述减少面积的部分之一被设置在所述最靠内点和一个所述支撑臂之间基本相等距离的地方。
22.根据权利要求20所述的熔断器，其特征在于：
所述的熔断元件围绕所述的辐射架被螺旋布置成分开的多匝，
在所述熔断元件的所述匝上的所述减少面积的部分对齐成列。
23.根据权利要求22所述的熔断器，其特征在于所述熔断元件的至少一匝上的所述减少面积部分与所述匝相邻匝上的所述减少面积部分相错开。
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