改进的限流熔丝和跌落熔丝管

本发明涉及一个电力配电设备，特别是，本发明涉及一个限流 熔丝和一个跌落型熔丝管，更进一步说，本发明涉及一个限流跌落 管，它包括多个电流通路，并且通过在各电流通路之间转换流过熔 丝管的电流帮助实现跌落，熔丝管特别适用于安装在工业标准化可 互换的断流器支座中，该断流器支座目前正被用于冲出式熔丝。

一个熔丝是一个电流遮断元件，它通过电流响应的可熔元件对 电路进行保护。当预定大小和时间的过电流或短路电流通过熔断 器的时候，可熔元件熔化，从而断开电路。在遮断一个过电流以后， 熔丝必须查出并更换，以便恢复使用。

熔丝通常用在电力工业中，保护配电变压器，电缆，电容器组和 其它设备，以防止过电流造成损坏。熔丝是用于，在发生损害以前， 从供电电源迅速切断故障设备或电路，目前使用的两种主要熔丝是 冲出式熔丝和限流熔丝。

最早用的熔丝是冲出式熔丝。冲出式熔丝一般使用较短的可 熔元件(在它里面一般是所谓的熔丝链)，可熔元件装在一个套中， 该套是所谓熔丝管组件的一部分。在冲出式熔丝中使用的套衬有 有机材料，例如骨纤维。通过气体的去电离作用和爆炸作用，过电 流遮断就发生在熔丝内，气体是当垫料暴露于电弧热的时候被释放 出来的，电弧是在可熔化元件熔化时响应过电流而产生的。冲出式 熔丝运行的特点是，噪声大，气体，火焰的燃烧碎片的发散剧烈，所 有这些都造成对人的危害，因为人在熔丝运行的时候可能接近它。 由于其工作方式剧烈，一般这种熔丝只限于户外使用。即使在户外 使用，由于其工作的爆炸本性和它可能把电离气体喷射到绝缘空间， 冲出式熔丝的安装必须远离要保护的设备以及其它设备。还有，装 在配电设备杆架上的爆炸性熔丝，由于火焰喷出还会造成草地失火。

冲出式熔丝的另一个固有缺点是，在排除大电流故障以前，需 要延迟1/2个或1个电流全周期的时间。在这段时间内，熔丝要保护 的设备必须经受现有的全部通过熔丝到达设备的故障电流。在设 备中消散的潜伏的损害能量将和式I2-T成正比，其中I是过电流的 大小，T是电流状态存在的时间。因此，在其遮断使系统电流为零以 前，冲出式熔丝允许在设备中流过大电流，易于在电网上产生干扰 电压降产生闪烁光，而灵敏的计算机和电子设备就容易受到它们的 干扰。还有，冲出式熔丝不能立刻排除过电流状态，以防止分段熔 丝，自动重合闸开关或其它保护继电器和电路装置也敏感于该过电 流，作出临时性或永久性的反应，切断电网的其它部分。因此，对电 气设备需要量的增加就导致低阻抗的配电电网，并需要大的遮断容 量，而这个容量有时就会超过使用冲出式熔丝所能得到的容量。

冲出式熔丝有限的遮断容量，以及其操作方式的潜在的危险性， 它们不适于用在室内和封闭场合内，它们排除故障时间长，以及其 它因素，促使限流熔丝的发展。限流熔丝至少有三个特点使其在应 用中非常受欢迎：

(1)完成过流遮断迅速，而无电弧产物或气体排出，也不对熔丝 体产生外力，因为操作的电弧能量都被熔丝的沙填充剂吸收，然后 在较低的温度下作为热能释放。这就使限流熔丝可以用在户内，以 至可以用在一个小的箱内。还有由于没有热气或火焰的放电，它和 其它设备就只需要提供一个正常的电气间隙。

(2)通过熔丝限流或减少电流所达到的值小于在熔丝安装处电 力配电网用其他方法所得到的值，如果过电流大大超过熔丝的持续 电流的额定值的话。这样的电流减小就减少了应力，减小了对接近 故障的电路的损害或出故障设备本身的损害的可能性，同时也减少 了对配电电网的冲击。

(3)通过限流作用达到非常高的电流遮断容量，从而限流熔丝 可以应用在很大短路电流的中、高电压配电电路中。

限流熔丝一般可由一个或多个银导线或带制成的可熔元件组 成，元件两端通常连到一对电气终端。可熔元件需要一个最小的元 件长度，以适应故障电流遮断特性，并且需要足够的元件横截面积 以便较好地运载正常电流或系统稳态电流。由可熔元件组成的装 置和终端装置被安排在一个抗高温材料制成的套管中，然后该套管 中被填入高纯净硅砂并密封。套管端部的接线端把熔丝和配电网 互相连在一起。整个装置通常叫作限流熔断器。

在排除大故障电流的时候，限流熔断器的可熔元件在其全长上 几乎是瞬时熔断。如果在该元件上具有被减少截面的切片，则元件 熔化就在这个被减少截面的切片上开始，随后元件的其余长度部分 再熔化。电弧快速向周围的砂子散失热能。这个热能把元件周围 的砂子熔化成象玻璃管状的结构，即所谓的″闪电熔岩″。热能的迅 速散失和通过熔化的玻璃熔岩对电弧的限制，完全把电流抑制到一 个较小的值。电流迅速被减小到一个低值，它与系统电压同相位并 在同相电流的最早出现电流过零处被遮断。

在额定大电流熔丝中，使用金属条作为高值可熔断元件是很普 遍的。条状元件比线状元件的优点在于表面积大，有利于热传导和 辐射到相邻的垫料中去。因此，对于一个给定体积的导电材料，条 形元件比线形元件具有较高稳态额定电流值和较好的遮断特性。 条形还有其特殊的优点，便于通过穿孔或开槽口进行调正以减小它 的横截面，提供所希望的熔化特性和精确的弧压发生控制。当使用 条形元件的限流熔断器遇到大故障电流的时候，具有被减小的横截 面积部分的条形部分迅速被加热到条形元件的熔化点。这就产生 了一个固定数量的连续的小弧，因此，限制了在那个瞬间产生的弧 压尖峰的值。这就保证电弧连续产生去蒸发条形元件的剩余部分， 并且最终产生一个弧，它占据着元件的全长。

在低值电流的情况下，例如在由高阻抗故障产生的低电流或持 续过负荷的情况下，就出现了完全不同的现象。在这种情况下，可 熔元件被慢慢加热，最后在有限的几处或仅仅一处熔化。一个或多 个短电弧开始产生并企图烧接可熔元件的较长的部分。非常高的 电弧热然后再形成闪电熔岩。但是，由于开始的弧长是短的，并且 由于可熔元件被烧接的速度不可能太快，不能在高集中热源破坏所 产生的熔岩效应之前，迫使电流遮断，熔丝将不能遮断低值电流。 因此，为了得到遮断低值故障电流的容量，许多现在的限流熔断器 都使用一个第二可熔元件与经一元件串联，其中第二元件被设计成 响应这个低值故障电流而熔断断开，并遮断这个电流。

现在选择和使用熔断器的主要问题是涉及熔断器和使用中的 现有电网一体化的能力，安装和运行的容易程度，及成本等问题。 在现代电力网中，冲出式熔丝管一般装在一个支座上，它叫做″断流 器″。一般来说，″断流器″包括一个支座，支座有一个支持绝缘子， 它可被装在电杆上或横担上，支座有一对空间隔开的终端，用于接 收并电气连接熔丝管，一个开关装置，或它们的组合。在安装的时 候，熔丝管或开关桥接在断流器支座两终端之间的″门″上。

如上所述，术语″熔丝断流器″通常是指断流器支座和熔丝管的 组合。最一般地用在一个熔丝断流最中的熔丝管，是被设计成容易 从断流器终端脱开的。一种熔丝管是跌落型的，当熔丝动作的时候， 熔丝管的一端便从断流器支座脱开。当这种情况发生，熔丝管的不 受限制一端向下旋转，离开支座门之间的它的正常桥接位置，但熔 丝管通过它的仍然被连接的一端仍然被支持在支座上。

冲出式熔丝断流器提供了较方便的和低成本的熔断，以保护电 力配电系统。进而，工业上采用了冲出式熔丝和支座的尺寸标准， 以便一个制造厂的熔丝管能装到另一制造厂生产的支座上。并旦， 这些可互换的断流器被广泛分配到国内电力配电系统中，大量的这 种断流器目前正在运行中。

随着对电能，对更可靠运行，对更高安全水平的要求的增加，就 要求对变压器的过电压保护进行改进，并希望有更小型的设备，继 续使用冲出式熔丝断流器就不满足今天实用上的需要了。上述与 冲出式熔断器有关的许多问题，可通过使用限流熔断器和熔丝管加 以克服。但是，现有技术的限流熔断设备具有许多缺点。

现有技术中克服上述某些问题的尝试是有据可查的，例如，美 国专利Nos.3,827010和4,011,537中所公开的设备。这些设备提供 了一个组合的跌落装置，它包括一个限流熔丝，与冲出式熔丝成直 线串联连接，以便熔丝断流器提供全范围的保护。但是，这些装置 的全长大于用在现有配电系统中的普通断流器支座的门(即两终端 之间的间距)。因此，为了有效地使用这些发明，实用上必须替换目 前运行中的许多断流器。这种做法是要禁止的，不仅从设备成本的 观点，并且也许更主要的，是从替换这些断流器要花费巨大劳动代 价的观点，都是应当禁止的。进一步说，这些设备不能恰当地解决 或补救火灾事故，间距要求，以及由于串联元件的部分元件的损坏 或误配位引起的问题，这种误配位在两个串连元件之一重新熔化时 出现。

另一个现有技术的方法公开在美国专利US.No3,863,187中， 它公开了一个冲出式熔丝和一个限流熔丝串联，但是处理后者″出 口″，是使它不成为跌落装置的一部分。这种装置有一个缺点，即限 流熔丝是螺栓就位的，替换限流熔丝是困难的，特别是在恶劣的天 气条件下。造成这个困难的原因是，当维修人员更换熔丝的时候， 电网会被激励。并且没有方法能容易地确定限流熔丝是否已经工 作，即使在冲出式熔丝已经工作或跌落断开的情况下。因此，元论 冲出式熔丝何时启动，建议实行，冲出式熔丝和限流熔丝两者同时 更换。此外，超过正常冲出式熔丝要求的空间，必须被分配用于安 排限流熔丝。同时，必须保持两个熔丝的电气一致以使保证熔丝运 行指示，消除冲出式熔丝跌落动作前跨在熔丝两端的电压应力。

美国专利US.No 4,184,138公开了另一个熔丝断流器，它的方 案是企图弥补串连连联的限流熔丝和冲出式熔丝的轴，从而使其组 合将可实际地装配到现有的可互换的断流器中去。但是，从上述三 个专利可以看出，这些发明具有许多冲出式熔丝的固有的缺点，即 噪声，弧焰产物喷出，有协调要求，等等。另外，额外的支座金属构 件和安装设备用的支座部件是笨重的，因而也是不希望有的。还有， 如关于对美国专利No 3,863,187所做的解释，在冲出式熔丝运行的 时候，限流熔丝还必须被检查，或更换以后再检查，这样，就失去了 节约成本的意义。

美国专利No.3,611,240中公开了另一个现有技术方法，它不 依靠冲出式熔丝部分。这个专利公开了一个限流跌落熔丝管；但是， 熔丝被设计成，不装配在目前工业中普遍流行的，工业标准化可互 相替换的断流器支座中。并且，跌落机构依靠使用爆炸电荷，在起 燃的时候，释放熔丝，跌落断开。类似地，美国专利No.3,825,871也 使用一个爆炸电荷触发熔丝跌落。虽然这种爆炸电荷一般被成功 使用，但是，这种熔丝由于起燃电荷失效，在排除故障之后不能跌落 断开，也是常见的。这种失效经常是由于在长期使用之后，粉末吸 收太多的潮湿以至不能起燃(点火)。无论这种失效是什么原因引 起的，在操作以后，跌落熔丝跌落断开失效是巨大失败和延迟的根 源，因为工作人员不能用肉眼简单地查出启动熔丝，而必须花更多 的时间，用不便的方法去检查哪个熔丝已经工作。并且，已经不能 跌落断开的熔丝管仍易遭受被激励电网施加的电压应力，它非常敏 感且容易跳火放电。

尽管过去10年熔丝技术方面取得许多进步，工业上还是希望其 取得更大的进步。特别是，由于对限流熔丝使用的要求增加，由于 成本而要求必须使用现有的断流器支座等，由此就要求全范围限流 熔丝管的尺寸能够装配到目前正使用的可互换的断流器座的门中。 限流熔丝管完全是非冲出式的，可避免对人的危险，可消除起动点 火的威胁，使设备安全地装在被保护设备的附近或其它设备附近， 可以无噪声无干扰电压降运行，该干扰电压降是伴随冲出式熔丝运 行而产生的。最好是，熔丝管是跌落式的，以便提供熔丝运行指示， 减轻熔断熔丝两端的电压应力，容易安装和维修。理想地是，跌落 机构不依赖起爆电荷去启动熔丝管跌落断开，而是机械驱动，始终 如一地在相应于低故障或高故障的低的和高的额定电流熔丝两种 情况下，都能产生跌落断开。

本发明的目的是提供一种改进的限流熔丝和跌落熔丝管。

本发明提供一个限流跌落熔丝管，它能够实现全范围故障遮断 并有多个电流通路通过熔丝管体。熔丝管可顺序地转换各电流通 道的故障电流，从而保证跌落机构在低额定电流熔丝管中的所有的 故障电流值上都能可靠动作，例如这些额定值可以是12安培及以下。 本发明的限流跌落熔丝管是机械操作式的，它不依靠起爆电荷去启动 熔丝管跌落断开机构。本发明另一个优点是结构紧凑，能使熔丝管装 配在目前电力工业普遍使用的可互换断流器支座的门内。

本发明包括一个熔丝体，在熔丝体的两端之间，有一个第一或 基本的电流通道。大电流可熔元件包括一个第一导电切片，它具有 一个留空的减少面积的部分，第一切片与第二导电切片串联，第二 导电切片沿其全长的I2T熔化特性与第一导电切片的减少面积部分 的I2T熔化特性相同。当第一和第二导电切片是由相同导电材料制 成，例如是银，则切片的I2T熔化特性的匹配，就通过使第二导电切 片横截面积完全等于第一导电切片的减少面积部分的横截面来实 现。本发明还包括一个与第一通路平行的第二电流通路，还包括一 个当大电流可熔元件熔化时，把第一电流通道的故障电流转换到第 二电流通道的装置。第二电流通道包括一个启动导线，它伸到熔化 体外边，并固定到一个支持栓上，支持栓可在熔丝体下面的支持和 非支持位置之间移动。一个第一火花隙设置在启动导线和下终端 的导电部分之间。当故障电流被转到第二电流通道的时候，火花隙 就开始导通。跨在第一间隙之间的电弧起燃并切断启动导线，从而 释放栓部件，使熔丝管跌落。为了保证故障电流在足以使额定低电 流熔丝管中的启动导线切断的时间内流过第一火花间隙，在第一电 流通路和第二电流通路之间设置了第二火花间隙。最好是，第二火 花隙设置在，大电流可熔元件的第一和第二导电切片之间的接合处 上的第一和第二电流通路之间。这第二火花隙产生一个通过熔丝 管的第三电流通道，第三通道包含一个大电流可熔元件的第一导电 切片，包含第二火花隙，包括第二电流通道和第一火花隙的下面部 分。第三电流通道保证，无论什么电流，存在于故障电流进入第二 电流通路的时刻和故障电流完全被遮断时刻之间，这个电流就将被 导入第一火花隙，以便帮助切断启动导线。

根据本发明提供的一个限流熔丝，包括：

一个熔丝体；

在所述熔丝体上的第一和第二导电端；

一个包含第一熔丝元件和第二熔丝元件串联的终端之间的第一 电流通道，其中所述第一熔丝元件包括具有减少截面的空间相隔部 分；

一个与所述第一电流通道并联的第二电流通道，一个在所述第一 和第二电流通道之间的第一火花间隙；

其特征在于，所述第二熔丝元件具有和所述第一熔丝元件减小截 面部分相同的I2T熔化特性；所述第二电流通道在所述终端之间延伸 并包含一个与第二火花间隙串联的导体。

根据本发明提供的一个熔丝管包含：

一个熔丝体；

一个在上述熔丝体上的第一和第二终端；

一个在上述终端之间的第一和第二电流通道；

所述第一电流通道包括一个第一导体，它具有多个空间隔开的减 小横截面积的部分；    

其特征在于所述第一电流通路包括一个高电流熔丝元件，它与一 个低电流熔丝元件串联；并且

其中所述高电流熔丝元件包括：第一导体和与所述第一导体串联 的第二导体，所述第二导体具有一个I2T熔化特性，它与第一导体的 减小面积部分的被减小的横截面积的I2T熔化特性完全相等。

根据本发明提供的一个熔丝管包括：

一个熔丝体；

一个在该熔丝体上的第一和第二终端；

一个主电流通道安排在上述终端之间，用于最初导通流过上述熔 丝体的过电流，上述主电流通道包括一个可溶元件；

一个在上述终端之间的第三电流通道，所述第三电流通道包括一 个在上述主电流通道和第二电流通道之间的一个第一火花间隙；

一个把上述第一电流通道的过电流转换到上述第二电流通道的 第一装置；

一个把上述第二电流通道的过电流转换到上述第三电流通道的 第二装置。

根据本发明提供的一个用于安装在一个断流器支座中的限流跌 落熔丝管，断流器支座具有上端组件和下端组件，所述熔丝管包括：

一个熔丝体；

一个在上述熔丝体上的顶盖装置，用于连接断流器支座的上端装 置；

一个下盖安排在熔丝体上，用于连接下端装置；

一个第一电流通道，安排在上述顶盖装置和上述下盖之间，所述 第一电流通道包括一个高电流可熔丝元件，它包括：

一个第一导体，它具有多个空间相隔的减少横截面积的部分；并 且

一个与上述第一导体串联的第二导体，其特征在于，所述熔丝体 包括铰接装置，用于与所述下终端装置啮合，上述第二导体的横截面 积完全等于上述第一导体中减小面积部分的被减小的横截面积；

一个装置，当预定值的电流通过第一电流通路的时候，它使上述 熔丝管的顶盖装置跌落，脱离断流器支座的上终端装置。

因此，本发明的特点和优点在于，通过提供全范围的，限流跌落 熔丝管而达到先进的熔丝和熔丝管技术，这种熔丝管可以用在工业 标准可互换断流器座上，在熔丝动作的时候，熔丝管将从它的支座 上跌落，而不依靠起爆电荷。还有，本发明的跌落可发生在低值和 高值故障电流两种情况下，发生在低额定电流和高额定电流两种熔 丝管中。熟悉本技术的人在读了下面的详细说明和附图以后，就容 易理解本发明的这些和其它一些特点和优点。

为了描述本发明的最佳实施例，现参考下面的附图：

图1是装在传统的可互换断流器座中的本发明的限流跌落熔丝 管的一个侧立面视图；

图2是图1所示限流熔丝管的熔丝体的横截面积视图；

图3是图1所示熔丝管下盖板和铰接装置的侧立面视图；

图4是图3所示下盖板和铰接装置的连接件的俯视图；

图5是图4所示连接件的侧视图；

图6是图3所示下盖板和铰接装置的铰接件的俯视图；

图7是图6所示铰接元件的一个侧立面视图；

图8是图3所示下盖板和铰接件的轴套的一个侧立面视图，局部 横截面；

图9是图3所示下盖板和铰接件的栓元件的一个侧视图；

图10是图9所示栓的俯视图；

图11是图3所示下盖板和铰接件的栓板的一个侧立面图；

图12是图3所示下盖板和铰接件的电流互换件的透视图；

图13是通过图1熔丝管的所示多电流通道的概略形式图。

图1是安装在公知的传统的可互换的断流器支座10中的，本发 明的限流跌落熔丝管50。断流器支座10一般包括绝缘子12和上下 终端装置16和18，它们分别安装在上下终端支持件17和34上的绝缘 子12的两个相反端上。在终端装置16上通常有一个终端垫片42，用 于接收并夹持电力线导体(未示出)，导电金属带28和一个盖触点26， 它和导电金属带28是一个整体。导电带28与盖触头26电连接，并通 过终端分支29与垫42电连接。下终端装置18一般包括终端垫44，电 流分支47和支座铰链35。铰链35包括一对支架臂36，它由黄铜或其 他导电材料制成。在臂36中形成的U形肘40，用于支持熔丝管50。 固定到支座铰链35的上表面41的导电弹簧片45偏抵住熔丝管50的 铰链装置以保证电接触良好。端垫44用于接收并夹持一个电力线 路导体(未示出)。下部电流分支47提供在支座铰链35和下部终端 垫44之间的良好电接触。

在最佳实施例中，熔丝管50包含一个全范围，限流跌落熔丝管， 类似于在同族待审美国专利申请序号，No 07/946,961,1992年9月 17日申请，中描述的那样，通过参考该美国专利文献的全部公开内 容已被本文吸收了。该申请公开了一个新的和独立的限流熔丝和 跌落熔丝管，它比已有技术的熔丝和熔丝管具有许多重要的优点， 例如，它提供了全范围的电流遮断而无现有技术冲出式熔丝的危害 和噪扰。进而，No07/946,961专利的熔丝和熔丝管可能做得比现 有的限流熔丝做得小得多并且紧凑，使得熔丝管可以在较小的安装 空间或间隙地点使用。

本发明的熔丝管50打算供一般低额定电流熔丝管用，例如额定 12安和以下，并且它一般包括具有上盖板元件54的熔丝体52和下盖 板和铰接件58。上盖板54包括一个顶部触点56。下盖板和铰接件 58包括一个导电铰接件60，如下所述，它的连接是使得在铰接件60 和顶部触点56之间有一个连续的电流通路。顶部触点56被安排在 盖触头26的凹槽内，并且铰接件60通过断流器支座10的支架臂36被 连接。

参看图2，熔丝体52包括一个绝缘筒或熔丝管70，它被安排在垂 直熔丝轴51周围。一个大电流可熔元件78和一个低电流可熔元件 80被装在熔丝管70中，并在分别在上下元件终端84，86之间串联连 接。熔丝管70通常是一个管元件，它由其两端的上隔板72和下隔板 74分别封闭。熔丝体52装有一个绝缘支撑件，称做辐式轴76，它支 撑熔丝元件78和80。高纯硅砂82或其他具有合适的遮断特性和绝 缘特性的材料，包围在辐式轴76和可熔元件78，80周围，并填满了熔 丝体52内部的无用体积。辐式轴76由无机云母做成，它包括4个从 纵轴51向外辐射的臂100，图2中可以看见3个臂。沿每个臂100的长 度的均匀空间是元件支持表面102。

上，下元件终端84，86分别由导电材料制成，最好是铜，用于支 持辐式轴76的臂100并且固定可熔元件78，80的终端点和辅助导线 120的上端，如下所述。元件终端84，86包括角状接片209，用于保持 辐式轴臂100之间的分离。

参考图2和13，大电流可熔元件78本身包括一个两元件的串联 组：第一带状元件90和一个串联导线元件94。带90和线94通过串联 连接件96互相连接，连接件96是由铜导电带97制成的，带97被支持 在辐式轴76上，带90和线94每一个又被焊接在到带76上。带90的上 端被焊接到导电接头156上，接头156置于上部元件终端84。

在一个最佳实施例中，带元件90和线元件94是由银制成的，虽 然其他导电材料也可被使用。银带90的宽度范围近似0.125到0.25 英寸，且最好是0.188英寸。带90的厚度是在0.002到0.006英寸之 间。带元件90的横截面在沿其开孔长度上的间隔位置上被大大减 少，这些孔在带的厚度上形成，形成减少面积的部分92。代替孔，可 以沿带90的边缘形成槽，或用其他方法从元件90上移去导电材料， 由此减少横截面积。如同族待审专利中请07/9461961中所述，为了 使制造的熔丝管50具有一个被减少的全长和直径，减少面积部分92 就安排在辐式轴臂100之间，并且他们与元件支持表面102隔开，和 与熔丝管70隔开。例如，最好是被减少面积部分92的中心离辐式轴 臂100的元件支持表面102至少0.18英寸。最好，在被减少面积部分 92的中心和熔丝管70的内壁71之间的间隙是在约0.18和0.25英寸 之间，实测，沿熔丝轴51的半径，0.23英寸是最佳间隙。

大电流可熔元件78的导线元件94被选择，使沿其全长的I2-T熔 化特性等于带元件90的被减少面积部分92的I2T熔化特性。换言之， 导线元件94的选择，是使引起带90被减少面积部分92熔化的电流， 也同时能引起导线元件94的全长熔化。元件90和94两者都是由具 有相同电阻率的材料制成，例如，最好两者都由银制成，然后通过选 择导线元件94，使被减少面积部分92的I2T熔化特性和导线元件94 匹配，它的截面积完全等于在减少面积部分92上的带元件90的横截 面积。选择导线元件94的长度，使其不大于全部大电流可熔元件78 的长度的50％。最好是，导线元件94的长度是全部大电流可熔元件 78的长度的约30％。串联带元件90和导线元件94被螺旋地绕在辐式 轴的元件支持表面102上，并与低电流可熔元件80串联，该元件80也 螺旋地安排在辐式轴臂100的周围。

再参看图2和3，在导线元件94和低电流可熔元件80之间的串联 连接器是由铜导电条79形成的，条79被支持在幅式轴76上。低电流 可熔元件80被设计成，在低于高电流可熔元件78工作的电流值以下 的预定电流值工作。根据熔丝管50的电流额定值，低电流可熔元件 80是由一个或多个平行连接的导电电线110(图2中示出一个)组成， 它们最好是由银或其它良导电材料制成，并被绝缘地放在硅树脂橡 胶罩114中。被掩盖的导线110然后被螺旋地绕在幅式轴76的下部 周围。导线110的一端，通过焊接被固定到终端点116的导电条79上。 导线110的另一端也通过焊接固定到下部元件终端86的接头211上。

可熔元件80的导线110是由两个近似相等长度的导线制成的， 当其在结点112处被焊接在一起的时候，具有一个完全低于导线110 温度的熔化温度的焊接。用于导线110的导电材料或用在结点112 上的焊剂的热特性，使其熔化温度与熔丝的时间-电流特性一致。 虽然结点112完全被罩114绝缘，为了清楚起见，图2描述的导线110 和罩114部分被切掉。

同时在熔丝体52中安排有辅助导线120。最好，辅助导线120是 由银做成以用作高电流额定熔丝，和用高导电率导体，例如镍铬合 金作成，以便用于低电流额定熔丝。辅助导线120被绕在槽106中辐 式轴76周围，槽106是在元件支持表面102之间的幅式轴臂中形成。 槽106在辐式轴臂100中形成，最好在元件支持表面102下面0.25英 尺深处。如所示，辅助线120一般正中地安排在条90，线94，110形成 的螺旋线中。用这种方法，辅助导线120就不会接触条90，或导线94， 110，除非如下所述，靠近它的上部终端点。

辅助导线120的最靠近连接点96的一匝是这样安排的，使它紧 靠近连接点96，在它们之间形成一个火花隙98。根据实测，最好是 在它们最接近点上，辅助线120与连接点96之间的火花隙98的距离 近似为0.12英寸。为了形成火花隙98，辅助导线120被安排在槽107 的辐式轴臂切片108上。切片108邻近最靠近连接点96的元件支持 表面102，并且它有一个相对槽107剩余部分减少的深度，从而使导 线120和条元件90和线元件94之间形成一个合适的间隔。为了替换 具有槽107中薄切片108的辐式轴76，一个绝缘的延伸部(未示出)可 以被夹住，或被固定到邻近连接点96的辐式臂100上。在这种情况 下，辅助导线120被安排在，离开必须形成合适尺寸的火花间隙的连 接件96一定距离的伸长部上。换言之，导电夹(未示出)可以这样安 排，使它与辅助导线120在一点上接触，并且具有一个相反端，形成 和互连点96合适尺寸的火花隙98。

辅助导线120的下切片121，当它进入低电流熔丝元件80的导线 110所形成的螺旋线所占有的空间时，被绝缘地放在硅树脂橡胶罩 中。辅助导线120的上端被焊到上元件终端84的接片156上。辅助 导线120的下切片121端接在凸缘接收器186上，接收器186是由黄铜 或其它导电材料制做的，它被固定在沿辐式轴76下端中的熔丝轴51 形成的中心槽185中。一个导电插件188被插入接收器186并且与启 动导线204电气连接，它最好是由高强度和高电阻的镍铬合金制成。 启动导线204穿过下挡板74延伸到熔丝体52外面。导电接收器186， 插件188和启动导线204，全都与下挡板74绝缘。

最好如图2所示，上部盖装置54一般包含一个顶触头56，拉环 132，顶端盖138和上部元件终端84，所有这些都被固定，它们彼此之 间的相对位置通过单一紧固件，双头螺栓维持。一个O形环封136被 安排在顶触头56和端盖138之间的双头螺栓周围。双头螺栓134包 括一个中心长孔(未示出)以便在组装熔丝50的时候填入熔丝管70 和砂82。

下挡板74通常包括一个底部端盖180，底部元件终端86，密封件 182，定位件184，导电垫片176和绝缘垫片174。底部端盖180是由铜 合金或其他导电材料形成，并且通常包括一个安排在熔丝管70的圆 柱体部分190，并且一般圆柱体减小的直径伸长部分194被圆柱体部 分190的中心并从该中心伸出，由此形成一个在延伸部分194内的内 槽。伸长部分194和体190与熔丝轴51轴对准。一个孔196，形成伸 长部分194的下表面195的中心中，伸长部分194与轴51相交。

下元件终端86包括中心孔214，它与熔丝轴51完全对正，它还包 括用于固定的接片211，和如图2所示的低电流可熔元件80的导线 110的终端点。下元件终端86，通过导电接片192与底部端盖180电 气连接。接片192在元件终端86上形成，并通过底部端盖180中形成 的孔193，从元件终端86伸出。通过端盖180延伸的接片192的部分 是弯曲的并被焊接到盖180上。

绝缘垫174，导电垫片176，导线定位件184，和密封件182同轴地 安排在端盖伸长部件194的中心槽中。密封件182包括一个橡胶垫， 它有一个中心孔200。导线定位件184包括一个绝缘垫，它由云母或 尼龙或其他绝缘材料做成，它还包括一个中心孔202。垫片176最好 是由导电材料制成，它包括一个中心孔178，和一个与伸长部分194 的壁连接的外边缘表面177，以便形成一个电流通路。绝缘垫片174， 可以由橡胶或尼龙作成，例如，它包括一个中心孔175。启动导线 204是被铜焊或焊接到导电插件188上，插件188最好是由黄铜制成。 插件188包括一个凸缘189，它被安排在密封件182和定位件184之间。 导线定位件184的孔202比导电垫圈176的孔178的直径小，从而可中 心定位启动导线204于孔178中。

接收器186，适于接收电连接插件188，它通过中心孔214而被安 排在下元件终端86中，辐式轴76下端中的中心槽185中。接收器186 固定并与辅助导线120导电连接，但它不接触元件终端86。在组装 熔丝体52和通过端盖180中的孔196从熔丝体52伸出的启动导线的 时候，导电插件188通过元件下终端86的孔214插入导电接收器186， 启动导线204还通过垫片174的孔175，178，202，200，导电垫圈176， 定位件184，和密封182，等。辅助导线120的下切片，接收器186，插 件188和启动导线204，都与下部盖和铰接装置58绝缘。火花隙210， 形成在启动导线204和垫圈176之间，它最好是对于所有熔丝管架50 的电压和电流额定值，都是0.048英寸。

熔丝管架50的下盖板和铰接装置58一般包括铰接件60，栓62， 栓板66，弹簧63，电流转换器68，轴套69和连接件64。现在参考图3 -5，连接件64，起夹紧作用，通常包括一个条形部分215和一对固定 到它上面的铰接支持件217。铰接支持件217的端部216向前弯曲并 且与铰接支件217成直角。两对对准的孔218，220在铰接支持件217 中形成。最好如图3所示，紧固件225被安排通过对准的孔220以便 靠近铰接支持件217并固定和夹住底端盖板180周围的连接件64的 条形部分。

参考图3、6和7，铰接件60通常包括基座部分232和一对向外延 伸的边缘部分234，边缘部件234包括锥形边缘240，肩244和两对对 准的孔236，250。孔235，通过与锥形边缘240相邻的边部件234，形 成。肩部分244凸耳246向外延伸，并包括凸轮状电接触表面248，用 于与图1和3所示支座铰接35的导电弹簧夹45实现电连接。孔250在 孔236和肩244之间的边缘部件234中形成。基座232在边缘部件234 之间延伸，它包括一个缝254。缝254通常截开基座232，形成一对腿 部分256。腿256包括端部258，它以45°角从基座232向外延伸，并 形成一个肩，肩连接并支持电流转换器68的一端，如图3所示。

现在参看图3和8，轴套69包含一个圆柱体222，在它每一端具有 减少直径的部分224，形成肩228。中心孔226纵向穿过轴套69而形 成。直径减小部分224被安排在连接件64(图4)的铰链支持件217的 孔218中，使元件217与肩228邻近。轴套69提供了一个空间装置以 保持铰链支持元件217之间的合适的间隔，并提供一个枢轴230的轴 承装置，枢轴230被安排穿过中心孔226并且支持铰链元件60(图3)。

如图3，9和10所示，栓62通常包含基座260，边缘部件262，和熔 丝限制端268。边缘件262完全垂直地固定到基座260上，并从基座 260延伸。边缘件262包括耳264，耳264与其中形成的孔266对准。 枢轴252(图3)被安排对准孔266，使得栓62在枢轴252上可旋转地安 装。弹簧63也安装在边缘件262之间的枢轴252周围，使栓62偏置， 以便在枢轴252周围按顺时针方向旋转，如图3所示。栓62的基座 260包括一个在边缘件262之间延伸的栓表面267，以便连接栓板66， 如上所述。槽269在栓表面267中形成，以便接收弹簧63的弹簧臂65， 如图3所示。栓62的自由端包括熔丝夹持端268，它包括长孔272。 栓元件62最好由不锈钢制成，虽然任何导电的或绝缘的材料，具有 足够硬度和强度都可以使用。

再参考图2和3，栓62通过启动导线204和线轴124，保持在下挡 板180下面的一个被锁定或支持的位置。线轴124由尼龙或其它绝 缘材料制成，它通常包括一个线轴形体126，和一个环状伸长件128， 它被接到体126上。中心孔129通过体126和伸长件128形成。在熔 丝管架50组装的时候，栓62的熔丝保持端268被旋转到支持位置抵 住底端挡板180的伸长件194。在栓62的保持端268中的孔272，形成 一个缝使线轴124的环形伸长部分适于与熔丝轴51对准。线轴124 的环形伸长件128安排通过在栓62中的孔272，并且从熔丝管架52延 伸的启动导线204的端部，被安排通过线轴124的中心孔129。启动 导线204弯曲并被压在线轴体126下表面中径向形成的槽127中并通 过夹带130保持在抵住体126的边的位置。当这样固定的时候，栓62 的栓表面267就连接，栓板66的栓表面276，以使保持元件60和连接 件64在″收缩″和″带电″位置上，有一个固定的角关系，以防止绕连 接装置，即枢轴230和轴套69旋转。

现在参考图3和11，栓板66通常是一个平的金属板，它有一个凸 的栓表面276，与栓62(图10)的栓表面267连接。栓板66还包括一个 槽278，以接收导电件64的紧固件225，键槽280用于通过″带电操作 杆″安装和移去熔丝管50，并且孔284用于接收枢轴290，如图3所示。 栓板66还包括孔282以便接收轴套69的体222，它如上所述，被安排 在导电元件64的铰链支持件217之间。枢轴230穿过轴套69的中心 孔226并穿过铰链元件60的孔236。栓板66被铰链件60的缝254接收 并且穿过铰链件60的孔236(图6)，并且它包括一个止动肩227，通过 与枢轴252连接，限制它在枢轴230上的旋转。连接件64的旋转支座 和轴套69的栓板66，连同内部连接的紧固件225，共同放在了槽278 中，使栓板66非旋转地固定到连接件64上。这个连接装置使得栓板 66和连接件64总是做为单一元件和熔丝体52一起，在连接装置，即 枢轴230和轴套69周围旋转。

电流转换器68示于图3和12中。如所示，枢轴290穿过栓板66的 孔284，并且提供电流转换器68的支撑。电流转换器68是由磷青铜 制成，它是一个良导电材料，也适合用于弹簧。电流转换器68包括 一对U形腿292，293，它通过缝294分开，并通过切片296连接。电流 转换器包括一个，在熔丝体52的底端挡板180和铰接件60之间的导 电装置。腿292，293跨接栓板66并支持在枢轴290上，枢轴290从栓 板66上凸起。当腿292，293的端部298与铰接件60的腿256的端部 258电气连接的时候，连接切片296就和底部端挡板180电气连接。 当在熔丝体52和铰链60之间连接的时候，电流转换器68起一个弹簧 的作用，并在铰链60和熔丝体52之间传递一个近12英磅的转矩，它 有助铰接件60旋转到其延伸位置，使熔丝管50跌落，脱离断流器支 座10。

图1和3示出了一个熔丝管50，它具有铰接件60和在它被连接和 被带电位置中的导电元件64，还具有栓62和一个被锁住的栓板66。 在这种锁定下，熔丝管50在其伸长位置中，通过底部端盖板180，电 流转换器68，铰接件60和导电弹簧夹45，电流从断流器支座10上部 通过熔丝管50流到下部终端装置18。

现参考图13，通过熔丝管50的各电流通道简略地示出了。一般 来说，在熔丝管50操作的期间内的不同时间上，电流将从顶盖板138 流出经沿三个不同的电流通路流到底部盖板180。第一个通道包括 一个串连的高电流和低电流可熔元件78，80。第二个电流通道与第 一电流通道平行，它包括辅助导体120，启动导线204，火花隙210和 导电垫片176。第三电流通道是由条形元件90，火花隙98，辅助导线 120的下部，火花隙210和导电由垫圈176构成。

最初，在正常稳态工作期间，即电流电平低于予定值，这时熔丝 管50正常工作，电流通过熔丝管50导通，沿第一电流通道流动，因为， 由条元件90，导线元件94和低电流元件110形成的通路的阻抗比其 它任何通道的都小，其它通道包括相对较高的阻抗，火花隙98或210 等。当预定高值或低值的过电流发生，串连元件78、80之一将开始 熔化，在沿元件全长上一个或多个位置上熔化，电弧将形成跨接在 元件熔化的部分。

在出现大的故障情况下，大电流元件78开始在条形元件90的减 少面积的部分92上熔化，同时，沿导线元件94的全长熔化，导线元件 94具有和减少面积部分92上的条形元件90的I2T熔化特性相同。一 个电弧产生在被熔化部件的每一个上。这些电弧释放出巨大的热， 熔化了经受电弧的元件部分周围的砂子成玻璃状通道，称作闪电熔 岩。由于沿导线元件94的全长产生熔岩和在条形元件90的每个被 减少面积部分92上的短的部分中产生熔岩，由元件78和80形成的电 流通道的阻抗就增加，跨接在这个阻抗上的电压也就增加。参考图 2和13，因为导电垫片176的边缘通过低端挡板180电气连到串联组 件78，80(第一通路)的一端，并且因为启动导线204通过辅助导线 120，导电接收器186和插件188(第二电流通路)，电气连接到串连组 件78，80的另一端，跨接在串联组件78，80上的电压，就直接出现在 火花隙210上。当跨在第一电流通路的电压达到间隙210的火花击 穿值，间隙210被击穿并开始导通，故障电流从增加电阻的第一电流 通道改变到具有一个低电阻的第二电流通道。

在流过第二电流通道的大电流很快引起辅助导线120开始熔化。 当在导线120的通道中产生熔岩的时候，在第二电流通道中的电阻 在第一电流通道的元件78，80两端产生一个电压。随着这个电压增 加，产生在条形元件90中的短熔岩部分开始达到它们的击穿电压值。 但是，在导线元件94周围形成的长熔岩部分上的介电强度超过跨在 辅助导线120的相邻部分上可能产生的电压。因此，间隙98将击穿， 在条形元件890中的和短熔岩部分连接处，将形成穿过熔丝管50的 最后的或第三电流通路。当这种情况发生，电流就被迫返回大电流 条元件90的剩余部分，从而使第三电流通路最后跨越间隙98，通过 高电流条形元件90导通故障电流，并且跨越间隙210，通过辅助导线 120的剩余部分达到端盖180。这种故障电流从第二电流通道到第 三电流通道的改变就保证：在电流转换到第二电流通道的时刻和电 流完全被遮断的时刻之间，无论什么电流通过熔丝管50，都将总是 跨越弧隙210，从而有助于切断启动导线204，如上所述。

启动导线204有一个高电阻。当间隙210击穿时和电流通过启 动导线204被导通时，通过启动导线204的高热能I2R伴随跨在间隙 210上的电弧产生的热将切断启动导线204，由此起一个释放栓62的 释放装置的作用，即通过启动导线204和线轴124从保持装置释放。 当这种情况出现，栓62的熔丝限制端268，不再保持和底端盖180接 触，而是通过弹簧63从端盖180偏移开。熔丝管的重量，和顶端装置 16，可互换断流的支座10的导电弹簧夹45施加在熔丝管上的力，和 来自电流转换器68的弹簧力将使下端盖和铰接装置58在枢轴230周 围开始坍陷到一个延伸位置，并使熔丝体52的顶盖装置54断开顶部 端装置16而跌落。当这种情况出现，熔丝体52的下端盖和铰接装置 58将开始绕耳轴246顺时针旋转，如图3所示，直到熔丝管50到达跌 落位置并且停止在可互换断流器10的支架臂36上为止。

跌落位置为线路人员提供了一个清楚的和高可见的指示，即熔 丝已经操作。因此，在过电流出现的时候，通过使熔丝管50与可互 换的断流器支座10断开跌落，电压应力也就从启动熔丝上消除了。 否则这个电压应力最终会导致沿熔丝管50的外表面跟踪，并可能在 可互换断流器支座10的上，下终端装置16和18之间产生闪络。

从上述可见，熔丝管50的跌落，是靠把故障电流从可熔元件78， 80改变到辅助导线120来实现的，这样启动导线204，就被电流通过 火花间隙210时形成的电弧所产生的热切断。因此，重要的是，从使 熔丝管50跌落的观点来看，辅助导线120不要熔化太快，而保持导电 长度足以使跨在间隙210上的电弧切断启动导线204。

辅助导线120熔化的时间取决于通过导线的电流的大小，导线 的尺寸，导线的材料。当然，每根导线具有完全不同的特性熔化曲 线。给定两个相同材料的导线，一个粗，一个细，则对于大到足以熔 化导线的任何故障电流来说，粗导线熔化就不如细导线快，例如，一 个直径0.0063英尺的NiCr导线，当它经受6安电流的时候，可能在 近似0.035秒内熔化。与之对比，当通过同样电流的时候，直径大于 0.008英尺NiCr导线将需要近似0.3秒才熔化。因此选择大直径导 线作为辅助导线120，跨在间隙210上的电弧就可以维持较长时间， 从而保证启动导线204被切断。

另一方面，跌落作用对于熔丝管50的遮断故障电流的能力来说 是次要的，如果在熔丝管50跌落操作以前出现跌落，则将引起在熔 丝管50的上接触装置54和断流器支座10的盖触头26之间产生严重 分离。由于熔丝管50的电流额定减少，熔丝必须遮断的电流值，和 在所有故障电流值以下进行遮断的期间，容许通过的电流(容许通 过I2T)也相应降低。用在高电流额定值熔丝中的辅助导线120的尺 寸可能相当大，不会损害这个熔丝的遮断性能。另一方面，通常在 高电流额定熔丝中使用的辅助导线120的尺寸，可能接近用在低电 流额定熔丝中的高电流可熔元件78的尺寸，并且，如果用这种低电 流额定熔丝中，则可能，由于产生过大的容许电流I2T，而损害这些 低电流额定熔丝管50的遮断性能。同时，即使在这些低电流额定熔 丝管必须遮断的最低电流值上，启动导线204也将在电流切换到只 有辅助导线120的第二电流通道中之后的几个60Hz周期内被遮断。 在这种情况下，辅助导线120必须足够小，以便在60Hz电流流过的下 几个周期内，使其熔化并遮断这些低值电流。如果在这个时间内不 能完成电流遮断，在分开的熔丝管50的上接触组件54和断流器支座 10的盖板触头26之间就会产生电弧。这个电弧可能引起断流器支 座10放电。规定辅助导线的尺寸的诸要求可能是矛盾的。一方面， 导线必须足够大使之能完成对启动导线204的切断，而另一方面导 线120又必须足够小，以便不妨碍熔丝成功地遮断故障电流。对于 低电流额定熔丝满足两个要求是困难的，因为对启动导线204的机 械要求不允许启动导线204的尺寸减小。

在高电流额定熔丝，例如额定为12安培及以上的情况下，这些 熔丝被设计成能连续运载稳态电流12安培及以上，在要求辅助导线 120快速熔化以遮断故障电流和希望有一个足够长的火花隙210足 以切断启动导线204之间不存在矛盾。不过，在低电流额定熔丝下， 例如额定8安培或以下，适用于遮断所有各种值的熔丝管50所经受 的故障电流，所选的辅助导线120必须做得比较细。这样限定，导线 120可能熔化太快，使间隙210导通产生在启动导线204被切断之前。 因此，在邻近互相连接的可熔元件90和94的火花隙98的连接处的高 电流元件78中，使用导线元件94，就保证，在遮断任何值的故障电流 时，在足以切断启动导线204的期间内，间隙210是导通的。

本发明的最佳实施例已如上述，熟悉本技术的人在不脱离本发 明的精神和技术的情况下可以对它进行修改。这里所述实施例仅 是一例，但本发明并不限于此例。本发明的许多变化和修改以及这 里所公开的设备是可能实现的，它的均属于本发明的范围。因此， 保护范围不受上述限制，它只受到下述权利要求的限制，这个范围 包括了申请主题的所有等效方案。