CN102893364A

CN102893364A - 熔断器以及包括该熔断器的组合开关

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Publication number: CN102893364A
Application number: CN2011800242522A
Authority: CN
Inventors: P·拉瓦尤德; T·拉保德; D·伯里尔
Original assignee: Mersen France SB SAS
Current assignee: Spa Co. Ltd.; Mersen France SB SAS
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: CN102893364B; FR2958073A1; ES2540112T3; EP2553705B2; WO2011124817A1; FR2958073B1; EP2553705B8; HUE025641T2; EP2553705A1; MX2012011342A; BR112012024607A2; ES2540112T5; EP2553705B1

Abstract

一种熔断器(1)，包括：管状主体(2)；沿所述管状主体的纵轴(X-X’)设置在所述管状主体中的至少一个绝缘杆(4)；具有恒定厚度的至少一个熔丝条(110)，螺旋状地缠绕在至少一个杆(4)上并且在所述熔断器(1)的纵向端部(1a，1b)之间延伸，所述条(110)包括具有最大宽度的段(111)和沿所述条(110)的纵向设置的多个收窄部(112，113)，每一个收窄部具有由其最小宽度和其长度限定的几何结构，其中，所述收窄部(112，113)具有至少两种不同的类型并且包括：至少一个第一类型的收窄部(112)，其具有第一最小宽度；以及至少一个第二类型的收窄部(113)，其具有不同于所述第一最小宽度的第二最小宽度。所述熔断器的特征在于，所述收窄部(112，113)沿所述熔丝条(110)以所述第一类型的收窄部(112)和所述第二类型的收窄部(113)相交替的方式有规律地间隔开。

Description

熔断器以及包括该熔断器的组合开关

技术领域

本发明涉及一种熔断器，该熔断器包括绝缘杆和缠绕在该绝缘杆上的至少一个熔丝条(fuse strip)。本发明进一步涉及一种包括至少一个这种熔断器的组合开关。本发明的领域是在组合开关上提供高压熔断器的领域。

特别地，本发明涉及一种高压熔断器，旨在保护中压/低压(MV/LV)电缆和配电变压器。

背景技术

熔断器本身或者通过与组合开关相关联可以提供这种保护。在这种情况下，熔断器设置有撞针(striker)，该撞针依照熔断器的操作使开关自动断开。熔断器和开关这两个器件的关联以转移电流为特征，它们为转移电流互换了切断功能：在高于该值的情况下，电流仅由熔断器中断，在低于该值的情况下，电流在一相上由熔断的第一熔断器且在其他两相上由开关中断。

有利地，熔断器必须具有当电流增大到超过预定值时切断的快速响应。在过电流或者短路的情况下，通过熔化熔丝元件(fuse element)切断熔断器，并且过电流越大，切断更快。

因此，熔断器的主要部件是熔丝元件，该熔丝元件通常被缠绕在设置于熔断器的主体内的绝缘杆上。熔丝元件经受温度的升高，温度与流过熔丝元件的电流强度成比例。在正常工作下，熔丝元件的温度低于熔丝元件的熔化温度，并且电流正常流通。在过电流的情况下，熔丝元件的温度超过在熔丝元件的一个或多个点处的熔化温度，所述熔丝元件至少部分地熔化，并且电流的流通被切断。

US-A-2007/0159291描述了一种熔断器，该熔断器具有设置在绝缘中心杆上的一个或多个熔丝元件。每个熔丝元件都包括主要部分以及在该主要部分的整个长度上串行地设置的多个收窄部。这些收窄部为电流通路提供了大于主要部分的阻值的阻值，因此这些收窄部的温度升高，直到电流强度达到足够大的值时熔化。然而，熔断器的响应在某些临界强度上不是总令人满意的，对于这些临界强度，切断时间太长。

GB-A-2184301描述了一种包括熔丝元件的熔断器。在该熔丝元件上划分有：一方面，具有若干第一类型收窄部的流通部分(current portion)，以及另一方面，具有一个或多个第二类型收窄部的端部。尤其是对于与10毫秒至1秒之间的熔化时间相对应的所谓的“中等”强度，这种熔断器的响应尚未快到有效的程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有更快速响应的熔断器，尤其是对于当与开关相关联时接近于传送电流的电流具有更快速响应的熔断器。

为此，本发明提出了一种熔断器，所述熔断器包括：管状主体(tubular body)；至少一个绝缘杆，沿管状主体的纵轴设置在所述管状主体中；以及具有恒定厚度的至少一个熔丝条(fuse strip)，设置在所述杆上并且在所述熔断器的纵向端部之间延伸，其中所述条包括具有最大宽度的段(segment)和沿所述熔丝条的纵向设置的若干收窄部，每一个收窄部都具有由其最小宽度和其长度限定的几何结构，其中，所述收窄部具有至少两种不同的类型并且包括：至少一个第一类型的收窄部，其具有第一最小宽度；以及至少一个第二类型的收窄部，其具有不同于所述第一最小宽度的第二最小宽度。这种熔断器的特征在于所述收窄部沿所述熔丝条以所述第一类型的收窄部和所述第二类型的收窄部相交替的方式有规律地间隔开。

如此，熔丝元件包括不同类型的收窄部的区域(zone)，所述区域具有不同的最小宽度并且根据其纵向交替地设置，从而可生成一种具有改善响应的熔断器，不论一定使熔断器切断的强度如何，响应是快速的。针对所谓的中等故障强度，所述熔断器的响应特别地得以改进，切断时间在10毫秒至1秒之间。

权利要求2至4中详细说明了本发明的其他有利的特征，这些特征能够单独地或者组合地被使用。

本发明还提出了一种包括例如上述提及的至少一个熔断器的组合开关。

附图说明

当阅读仅作为非限制性实例提供的参见附图进行的如下描述时，本发明将被更好地理解，其中：

图1为根据本发明的熔断器的透视图；

图2为熔断器在图1的平面II上的剖面图；

图3为熔断器在图2的平面III上的剖面图，从外部可看到该熔断器的中心杆的一部分；

图4为在图1至图3中的熔断器上提供的熔丝元件的正视图；

图5和图6为图4中细节V和VI的更高比例的视图；

图7、图8、图9和图10为形成根据本发明的熔断器的熔丝元件的第二实施例的与图4至图6类似的细节的正视图；以及

图11为示出了图1至图6中的熔断器的响应的曲线图。

具体实施方式

图1、图2和图3示出了根据本发明的熔断器1。图1为熔断器的总体视图。图2和图3分别示出了熔断器1的横向剖面图和纵向剖面图。

熔断器1包括大体上为管状的熔断器主体(fuse body)2，其限定纵轴X-X’。主体2由绝缘材料制成，优选地由瓷制成。

在熔断器1的两个纵向端部1a和1b处均设置有胶囊体(capsule)3a或3b，所述胶囊体3a或3b能够传导电流，并且优选地由金属制成。胶囊体3a和3b中的一个可包括设置有弹簧91的撞针套件(striker set)9。

在管状主体2的内部处设置有中心棒(central bar)4，所述中心棒4在熔断器的两个端部1a和1b之间与轴X-X’平行地延伸。棒4由绝缘材料制成，优选地由陶瓷制成。从图2中可见，棒4a具有六个分支的星形横切面。当棒4被放置在主体2的内部时，它的中心和纵轴X4与轴X-X’相重合。熔断器1的棒4和主体2之间的中间容积8填充有沙子(未示出)。

在一个未示出的可选实施例中，熔断器1可包括设置在主体2内的两个同轴棒。

在每一个胶囊体3a和3b与棒4之间放置有导电接触部分，分别标记为6a和6b，所述导电接触部分优选地由金属制成。接触部分6a和6b各自包括六个接头61a和61b，所述六个接头61a和61b朝主体2的方向径向延伸并且使连接到熔丝元件成为可能。接触部分6a和6b还包括电接触条63a和63b以及定位元件62a和62b，所述用于定位的元件62a和62b能够实现与棒4恰好对齐。每个接触部分6a和6b分别通过紧固元件(分别标记为71a和71b)被连接到棒4上。

棒4包括大体上为圆形的中心通孔41，其中容纳有螺旋形熔丝(fuse wire)22，也称为撞针线(striker wire)。在朝向熔断器1的端部1a的一侧上，撞针线22通过尤其包括压接区域(crimping zone)的金属管23被连接到撞针套组9上，以便维护撞针线22。在朝向熔断器1的端部1b的一侧上，撞针线22被连接到一个接触片63b上。

当过电流导致熔断器1熔断时，撞针套组9的移动部分被释放，并且激励开关的机构和/或使报告该熔断器的状态成为可能。

导电熔丝元件110螺旋缠绕在棒4上两个接触部分6a和6b之间。实际上，熔丝元件110是熔丝条，由银(Ag)制成。在图3中，棒4的中心部分用外部视图显示，以便示出条110在棒4上的缠绕。条110的端部被连接到接触部分6a和6b的接头61a和61b上，接头61a和61b自身被连接到各自的小容器胶囊体3a和3b上。导电部分之间的连接通过焊接或任何其他已知的手段得以实现。

熔丝条具有恒定的厚度e110，该厚度是垂直于图4至图6的平面(即根据条110在棒4上的缠绕配置中相对于轴X-X’的径向)测得的。X110表示条110的纵轴，该纵轴在图4至图6的配置中是直线形的，并且在图3的配置中是螺旋形的。条110具有最大宽度l110，该最大宽度l110是在沿条110的长度方向分布的若干段111上垂直于条110的厚度e110和轴X110测得的。段111通过两种类型的收窄部112和113彼此分离。收窄部112和113根据条110的纵轴X110沿条110有规律地间隔开。更准确地，如图4中所示，收窄部112和113沿条110交替分布并且彼此分离，即它们不重叠。

从图5中可见，每一个第一类型的部112具有两个凹部(recess)112a和112b，所述凹部112a和112b的边缘是圆弧形的，关于轴X110对称地相对。

从图6中可见，每一个第二类型的部113具有两个凹部113a和113b，所述凹部113a和113b大体上是矩形形状的，关于轴X110对称地相对。

在下文中，熔丝条的一部分的长度平行于熔丝条的纵轴被测量。

凹部113a和113b的长度L113大于凹部112a和112b的长度L112。第二类型的收窄部113上的条110的最小宽度l113大于第一类型的收窄部112上的最小宽度l112。更准确地，其宽度的比值

在1.1至1.4之间。

实际上，第一类型的收窄部112远远多于第二类型的收窄部113。例如，从图4中可见，条110包括按如下方式沿条110交替的收窄部：每连续的八个部112之后接以一个部113。在收窄部112和113之间，存在有最大宽度l110的段111。

在一个未示出的替代实施例中，条110可包括按如下方式沿条110交替的收窄部：每两个部113之间有连续的六个、七个或九个部112。条110不包括设置有部112的第一延伸部分和设置有部113的第二延伸部分，在不同类型的收窄部之间没有交替，正如GB-A-2184301中情况一样。

图7、图8、图9和图10为根据本发明的能够在熔断器上提供的熔丝条210的第二实施例。

熔丝条210具有恒定的厚度，该厚度是垂直于图7至图10的平面(即根据条210在棒4上的缠绕配置中相对于轴X-X’的径向)测得的。X210表示条210的纵轴，该纵轴在图7至图10的配置中是直线形的并且在类似于图3的配置中是螺旋形的。条210具有最大宽度l210，该最大宽度l210是在沿条210的长度方向分布的若干段211上垂直于条210的厚度和轴X210测得的。段211通过三种类型的收窄部212、213和214彼此分离，收窄部212、213和214根据条210的纵轴X210沿条210有规律地间隔开。更准确地，如图7中所示，收窄部212、213和214沿条210交替分布并且彼此分离，即它们不重叠。

从图8中可见，每一个第一类型的部212具有两个凹部212a和212b，所述凹部212a和212b是圆弧形的，关于轴X210对称地相对。

从图9中可见，每一个第二类型的部213具有两个凹部213a和213b，所述凹部213a和213b大体上是矩形形状的，关于轴X210对称地相对。

从图10中可见，每一个第三类型的部214具有两个凹部214a和214b，所述凹部214a和214b大体上是矩形形状的，关于轴X210对称地相对。

凹部213a和213b的长度L213大于凹部212a和212b的长度L212。第二类型的收窄部213上的条210的最小宽度l213大于第一类型的收窄部212上的最大宽度l212。

凹部214a和214b的长度L214大于第二类型的收窄部213的凹部213a和213b的长度L213。第三类型的收窄部214上的条210的最小宽度l214大于或等于第二类型的收窄部213上的最小宽度l213。实际上，最小宽度的比值

和

在1.1至1.4之间。此外，比值

在1至1.4之间。

实际上，第一类型的收窄部212远远多于第二类型的收窄部213，而第二类型的收窄部213自身远远多于第三类型的收窄部214。例如，从图7中可见，条210包括按如下方式设置的收窄部：每连续的七个部212之后接以一个部213。而且，七个部213中的一个部213被部214取代。在收窄部212、213和214之间，具有最大宽度l110的段211。

在一个未示出的替代实施例中，条210可包括按如下方式沿条210交替的收窄部：每两个部213或214之间有连续的六个、八个或九个部212。

在熔断器1的正常工作过程中，熔丝元件的温度通过焦耳效应升高，直到稳定在一个值处。实际上，焦耳效应在熔丝条110或210的各个点处造成了各不相同的温度升高。

同样地，根据本发明的熔丝条110或210的特定配置使助于形成特定的熔断区域成为可能，因为收窄部112、113、212、213和214所耗散的热量与段111和211不同。实际上，收窄部的几何结构影响它们与周围环境的热交换。相同类型的各个部具有相同的热交换，在熔丝条上的不同点处基本上同时熔化，熔化所需的时间取决于在该熔丝条中流通并且导致它加热的过电流。例如，对于宽度和长度相等的部来说，弧形或圆形形状的凹部比矩形形状的凹部耗散更多的热量，因为该部包括更多的材料。但是，对于非常高的强度，收窄部的最小宽度是比凹部的形状更占主导地位的参数，因为该部首先在其中心内熔化而不是均匀地熔化。

同样地，当出现过电流时，某些部能够比其他部更快地熔化。当条包括单种类型的收窄部时，其“切断时间/切断强度”响应曲线示出了给定的方面。通过比较不同类似的收窄部，得到与每一个部相对应的每一条响应曲线的叠加的响应曲线。

在最高强度处，对应于熔断器的降低到非常小的切断时间，具有最小宽度最低的部首先熔化。在所描述的实施例中，这对应于第一类型的收窄部112和212。当过电流是较小时，随着切断时间稍微变大，部的长度和特定的几何结构开始起作用。如此，对于部的矩形凹部和它们更长的长度，第二和第三类型的收窄部113、213和214能够在第一类型的收窄部112和212之前熔化。在特定的强度范围内，熔断器1的操作因此变得更快。

实际上，根据第一实施例的条更容易制造，因为对于仅两种类型的不同收窄部，需要更少次数的机械加工和/或成型操作，而根据第二实施例的条包括三种不同类型的收窄部，但是这使获得不同的响应曲线成为可能。

可替代地，条可包括多于三种类型的不同收窄部，但是这使得条的制造更复杂。

根据另一个替代实施例，不同类型的收窄部的凹部的几何结构、最小宽度、长度和形状可以有所不同。例如，在第二实施例中，第三类型的收窄部的最小宽度和长度可以大于第二类型的收窄部大的最小宽度和长度。可替代地，第三类型的收窄部可具有相同的最小宽度。

此外，凹部可为三角形、椭圆形、齿形或任何其他的几何结构。

图11示出了设置有熔丝条110的熔断器1的工作的曲线图。该熔断器1依照于以上结合图1至6所描述的第一实施例。

图11中的曲线图按照对数刻度示出了在Y轴上示出的以秒(s)为单位的切断时间t与X轴上示出的以安培(A)为单位的故障电流的强度I的关系。

用实线示出的曲线C1对应于设置有如下条的熔断器的特性，所述条仅包括第一类型的收窄部，类似于112，沿该条有规律地间隔开。

用虚线示出的曲线C2对应于设置有如下条110的熔断器1的特性，所述条包括按如下方式沿条110交替的收窄部：八个第一类型的收窄部112与一个第三类型的收窄部11的交替结构。

实际上，对于所谓的中等强度，根据本发明的熔断器1的切断时间(对应于在10毫秒至1秒之间的熔化时间)降低了，对于低强度，熔断器1的响应(对应于大于或接近于10秒的熔化时间)无改变或改变很小。切断时间根据故障强度电流对应于特定类型的收窄部的熔化。

Claims

1.一种熔断器(1)，包括：

管状主体(2)，

至少一个绝缘杆(4)，沿所述管状主体的纵轴(X-X’)设置在所述管状主体中，以及

具有恒定厚度(e110)的至少一个熔丝条(110；210)，设置在所述杆(4)上，并且在所述熔断器(1)的纵向端部(1a，1b)之间延伸，所述条(110；210)包括具有最大宽度(l110；l210)的段(111；211)和沿所述条(110；210)的纵向设置的若干收窄部(112，113；212，213，214)，每一个收窄部具有由其最小宽度(l112，l113；l212，l213，l214)和其长度(L112，L113；L212，L213，L214)限定的几何结构，

其中，所述收窄部(112，113；212，213，214)具有至少两种不同的类型，并且包括：

至少一个第一类型的收窄部(112；212)，其具有第一最小宽度(l112；l212)，以及

至少一个第二类型的收窄部(112；212)，其具有不同于所述第一最小宽度的第二最小宽度(l113；l213)，

其特征在于，所述收窄部(112，113；212，213，214)沿所述熔丝条(110；210)以所述第一类型的收窄部(112；212)和所述第二类型的收窄部(113；213)相交替的方式有规律地间隔开，其中。

2.根据权利要求1所述的熔断器，其特征在于，所述条(110；210)包括按下列方式交替的收窄部：在每两个所述第二类型的收窄部(113；213)之间有若干所述第一类型的收窄部(112；212)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述条(110；210)包括按下列方式沿所述条(110；210)交替的收窄部：每连续的六至九个所述第一类型的收窄部(112；212)之后接以一所述第二类型的收窄部(113；213)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述条(110；210)包括按下列方式沿所述条(110；210)交替的收窄部：每连续的七个或八个所述第一类型的收窄部(112；212)之后接以一所述第二类型的收窄部(113；213)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述第一类型的收窄部(112；212)的最小宽度(l112；l212)小于所述第二类型的收窄部(113；213)的最小宽度(l113；l213)，其中所述第二最小宽度与所述第一最小宽度的比值

在1.1至1.4之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，每一个所述第一类型的收窄部(112；212)包括至少一个凹部(112a，112b；212a，212b)，所述至少一个凹部(112a，112b；212a，212b)的边缘是弧形的或圆形的。

7.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，每一个所述第二类型的收窄部(113；213)包括大体上为矩形形状的至少一个凹部(113a，113b；213a，213b)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述第一类型的收窄部(112；212)的长度(L112；L212)小于所述第二类型的收窄部(113；213)的长度(L113；L213)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述条(210)包括至少一个第三类型的收窄部(214)，所述至少一个第三类型的收窄部(214)具有第三最小宽度(l214)，该第三最小宽度(l214)既不同于所述第一类型的收窄部(212)的第一最小宽度(l212)也不同于所述第二类型的收窄部(213)的第二最小宽度(l213)，其中所述第三最小宽度与所述第一最小宽度的比值

在1.1至1.4之间。

10.根据权利要求9所述的熔断器，其特征在于，所述第三类型的收窄部(214)包括大体上为矩形形状的至少一个凹部(214a，214b)。

11.根据权利要求9或10所述的熔断器，其特征在于，所述第二类型的收窄部(213)的最小宽度(l213)小于或等于所述第三类型的收窄部(214)的最小宽度(l214)，并且所述第二类型的收窄部(213)的长度(L213)小于或等于所述第三类型的收窄部(214)的长度(L214)，其中在所述宽度(l213，l214)相等的情况下，所述长度(L213，L214)不相等，其中所述第三最小宽度与所述第二最小宽度的比值

在1至1.4之间。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述条(110；210)所包括的所述第一类型的收窄部(112；212)的数量比所述第二类型的收窄部(113；213)的数量多，并且在适用的情况下，所包括的所述第二类型的收窄部(213)的数量比所述第三类型的收窄部(214)的数量多。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述条(110；210)包括按如下方式沿所述条(110；210)交替的收窄部：每连续的七个或八个所述第一类型的收窄部(112；212)之后接以一所述第二类型的收窄部(113；213)，并且每七个所述第二类型的收窄部(113；213)中有一个所述第二类型的收窄部(113；213)被一所述第三类型的收窄部(214)所取代。

14.根据前述权利要求中任一项所述的熔断器，其特征在于，所述第一类型的收窄部和所述第二类型的收窄部以及在适用的情况下第三类型的窄节彼此分离。

15.一种组合开关，其特征在于，所述组合开关包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的熔断器(1)。