專利名稱：具有改進的下降特性的熔絲斷路器的制作方法
發明的背景發明領域本發明涉及一種改進的熔絲斷路器，具體來說，涉及一種具有提高的下降(dropout)特性和操作性能的改進的熔絲斷路器。本發明的改進的熔絲斷路器是S&C電氣公司所展示類型的產品。描述性公告351-30發表于1998年12月7日，題為“S&C型XS熔絲斷路器”，還可見美國專利2,553,098、2,745,923和4,414,527。這種類型熔絲斷路器可用于由S&C電氣公司出品類型的熔絲連接，例如PositrolFuse Link，大致顯示在美國專利4,317,099。
對已有技術的討論本文中使用的熔絲斷路器和熔絲連接(fuse link)是眾所周知的。一典型的熔絲斷路器包括一中空的絕緣熔絲管，它具有安裝在相對兩端上的金屬套箍。一個套箍(通常稱之為“排放”套箍(″exhaust″ferrule))位于熔絲管的排放端，通常包括一耳軸，它與由絕緣體的一端承載的一第一觸頭組件的耳軸盒或鉸鏈互相配合。另一套箍通常由絕緣體的另一端承載的一第二觸頭組件保持和閂鎖，這樣，熔絲管通常平行于絕緣體，但與絕緣體隔離。絕緣體安裝在一體的電極或類似結構的交叉臂上。熔絲連接位于熔絲管內，使其端部分別與諸套箍保持電氣的連續。電路的一端連接于第一觸頭組件，而電路的另一端連接于第二觸頭組件。通常，絕緣體和熔絲管定向成大致垂直于地面，這樣，排放套箍和第一觸頭組件位于另一套箍和第二觸頭組件的下方。熔絲管可包括一高爆破強度的外部，例如，一在其內部具有一滅弧材料的玻璃纖維環氧復合物。流過電路的正常電流的流動不會影響熔絲連接。如果被設計為熔絲連接要響應的故障電流或其它過電流出現在電路中，則熔絲連接工作(將在下文中作詳細的描述)。
熔絲連接的工作允許上套箍本身從上觸頭組件脫離，因為耳軸和鉸鏈的共同作用使熔絲管向下轉動。如果熔絲連接操作適當則電路中的電流中斷，熔絲管的轉動給出一視覺上的指示，表示熔絲斷路器已工作，電路得到保護，例如，下降操作到一所謂的下降位置。典型的熔絲連接包括一第一接線端和一第二接線端，兩端之間通常連接一可熔化元件，其由純銀、銀-錫合金或諸如此類金屬制成。連接在兩端之間的還可以是一應變金屬線(strain wire)，其用途將在下文中描述。第二接線端與一按鈕組件保持電氣的連續，通常采取機械方式的連接，按鈕組件與熔絲管上的上套箍的一部分接合。第一接線端連接于一柔軟的多股絞合段電纜。包圍第二接線端的至少一部分、熔絲元件、應變金屬線(如果使用的話)、第一接線端以及柔性多股絞合電纜的某些部分是一護套。該護套通常由所謂的消融的(ablative)滅弧材料制成，當其暴露在高壓電弧的熱量面前，它消融而快速地析放出大量去離子渦流和冷卻氣體。通常，護套遠短于熔絲管，并不到熔絲管的排出端即終止。
多股絞合電纜的自由端從其排放端退出熔絲管，并具有通過一耳軸上的彈簧加載的鰭狀物保持在其上的張力或拉力。通過鰭狀物施加在電纜上的張力或拉力試圖將電纜和第一接線端拉出護套和熔絲管。鰭狀物的力受到應變金屬線的抑制，而典型的熔絲元件不具有足夠的機械強度來抵抗該張力或拉力。在典型的熔絲斷路器操作中，一故障電流或其它的過電流首先導致熔絲元件的熔化或蒸發，其后緊跟著應變金屬線熔化或蒸發。在這樣的熔化或蒸發之后，一高壓電弧產生在護套內的第一和第二接線端之間，現在，鰭狀物自由地將電纜和第一接線端拉出護套，最后拉出熔絲管。當電弧形成時，護套的滅弧材料開始消融，析放出大量的去離子渦流和冷卻氣體。在鰭狀物的作用下第一接線端的運動，以及因如作用在一活塞上的析放的氣體而引起的第一接線端的其后的快速運動，導致電弧被拉長。去離子渦流和冷卻氣體的存在加上電弧的拉長，根據故障電流或其它過電流的水平，最終導致電弧熄滅和電流中斷，使其后的電流為零。多股絞合電纜上的張力的失去使耳軸相對于排放套箍產生某些初始運動，排放套箍允許上套箍本身脫離上觸頭組件。這起動熔絲管的一向下的轉動，使其上套箍到達一所謂的“下降”或“下落”的位置。
如上所述，護套內電弧的拉長和析放的氣體的作用可熄滅電弧。然而，在非常高的故障電流或過電流水平下，電弧的拉長和護套通過其本身不能足夠地達到此目的。簡單來說，在非常高的故障電流水平下，或者護套可能爆破(因為析放氣體的壓力非常高)或者不足夠的氣體可能從中析放而熄滅高電流水平的電弧。出于這些原因，熔絲管用消融滅弧材料制成，或用消融滅弧材料作內襯。在護套爆破的情形中，熔絲管的滅弧材料與電弧與析放的氣體相互作用，由該作用放出的氣體使電弧被熄滅。如果護套不爆破，則除了從護套析放氣體外，在護套端與熔絲管排放端之間的熔絲管的滅弧材料可用來析放氣體。兩種數量析放氣體的聯合作用，加上電弧的拉長，可將電弧熄滅。
當一熔絲管合適地定位在安裝件的上和下觸頭組件之間時，熔絲管的觸頭牢固地接合在安裝件的觸頭組件內。當熔絲連接操作時，在熔絲管內析放出的氣體推動熔絲連接抵靠于安裝件的上觸頭組件。理想的是，接觸帽不應脫離內腔，直到熔絲連接的熔絲元件完全地熔化而釋放電纜內的張力，以及直到熔絲管的初始推力平息為止。張力的釋放和熔絲管推力的減緩，使排放套箍與耳軸之間有一圍繞其間的一肘節的限量的相對運動。這種限量的運動使接觸帽移出內腔，且由于耳軸在鉸鏈盒內的轉動熔絲管開始朝向下降位置運動。如果在推動過程中熔絲管過分沿橫向移動，則接觸帽可過早地脫離內腔。熔絲管的第三的橫向運動可在其上施加一彎曲運動。該彎曲運動可斷裂排放套箍附近的熔絲管。熔絲管或熔絲連接護套的形成在各部分上的腐蝕和尺寸的變化(例如，由于環境的因素)可惡化適當的下降作用。
因此，為了達到如上所述的合適的操作，重要的是，盡管有任何的使操作變劣的環境或條件，但下降的操作應能容易地達到。
發明概要因此，本發明的主要目的是提供一種帶有改進的下降特性的熔絲斷路器。
本發明的上述和其它目的通過一種改進的熔絲斷路器來實現，該種熔絲斷路器具有一熔絲管組件，它響應于一故障電流或其它的過電流而工作，以移動到一下降位置。這種熔絲斷路器包括熔絲管組件的相對于一支承鉸鏈(support hinge)可樞轉的安裝件，當熔絲斷路器已工作時熔絲管組件釋放而樞轉運動到下降位置。熔絲管組件包括一可陷塌的肘節(toggle joint)，一旦熔絲斷路器工作它即陷塌。該改進的熔絲斷路器包括另外的下降幫助(drop assistance)，它通過一在陷塌的肘節的諸零件之間操作的彈性件進行設置，以便提供一力來幫助該肘節的陷塌。


圖1是根據本發明的一改進的熔絲斷路器的立體圖；圖2是圖1的熔絲斷路器的熔絲管組件的側視圖；圖3是圖2的處于一操作位置的熔絲管組件放大的局部視圖；以及圖4是圖1-3的熔絲斷路器的下降輔助件(dropout assist member)的放大的側視圖。
詳細描述首先參照圖1，圖中示出一根據本發明的改進的熔絲斷路器12，它包括一絕緣體14和一從中延伸的安裝件16。安裝件16允許絕緣體14和熔絲斷路器12安裝到有效的電極等(未示出)的豎直向上或交叉臂上。附連到絕緣體14的上端的是一上觸頭組件18。此外，附連到絕緣體14的下端的是一下觸頭組件20。熔絲斷路器12還包括一熔絲管組件22(也示于圖2中)，在熔絲斷路器12的正常的、連接于電路或不操作的條件下，熔絲管組件22可保持在如圖1所示的大致垂直的位置上，例如，熔絲斷路器通常安裝在略微偏離垂直線的角度上。
現考慮熔絲管組件22的更為具體的特征。熔絲管組件的包括一眾所周知類型的絕緣的熔絲管24，它可包括內襯有一滅弧材料的環氧玻璃纖維復合物的外殼。安裝或附連到熔絲管24的上端的是一上套箍組件26，而在熔絲管24的相對的下端或排放端處是一下或排放套箍組件28。在如圖1所示的熔絲管組件22的位置中，下套箍組件28被下觸頭組件20保持住，而上套箍組件26被上觸頭組件18保持和閂鎖而不能運動。
上觸頭組件18包括一支承桿30和一反沖臂(recoil arm)以及一大致平行于支承桿30的一部分走向的接觸罩蓋32。靠近絕緣體14的頂部，桿30和臂通過一緊固件或諸如此類的零件36安裝于一附連在絕緣體14的頂部的連接器組件40的一部分。連接器組件40便于將上觸頭組件18連接到電纜或高壓電路的導體上。
上觸頭組件18還包括一彈簧觸頭臂42和一支持彈簧44，其定位在彈簧觸頭臂42與反沖臂與接觸罩蓋32之間，例如，支持彈簧44定位在一端處越過一從觸頭臂42的頂部延伸的內腔45，在另一端處越過一從反沖臂和接觸罩蓋32向下延伸的內腔(未示出)。支持彈簧44在觸頭臂42與熔絲管組件24的頂部之間提供高接觸壓力(將在下文中作詳細解釋)。如在電力工業中普遍采用的，支承桿30在向下彎曲部分35處包括一附屬鉤48，用來與一便攜的斷路工具協同操作。
熔絲管組件24的上套箍組件26包括一附連于熔絲管24上端的套箍50。套箍50通常包括一螺紋部分(未示出)，一螺紋的接觸帽52可旋入到該螺紋部分上。接觸帽52被構造成當熔絲管組件22處于如圖1所示的位置時，例如，通過一形成在與內腔45相對的彈簧觸頭42內的凹陷或內腔(未示出)將接觸帽配裝入并被保持住。套箍50通常還包括一拉環54。拉環54可通過一鉤棒或諸如此類的零件進行接合，以便將上套箍組件26移離上觸頭組件18，而下套箍組件28在下觸頭組件20內轉動，這將在下文中予以描述。
鑒于高壓電路的特性，必須實施熔絲管組件22的這種操作運動，而連接到熔絲斷路器10的電路斷電，否則，一電弧將形成在上套箍組件26與上觸頭組件18之間。通過初始地附連在附屬鉤48和一便攜的斷路工具的拉環54之間，熔絲管組件22還可打開。這樣一便攜的斷路工具允許熔絲管組件22打開而使電路通電，即刻，電流傳輸到電路10內，并中斷其內部的該電流。
下觸頭組件20包括一通過一緊固件或諸如此類零件60附連于一安裝件58的支承件56。該支承件56承載了一連接器62，例如平行槽連接器，以便將下觸頭組件20連接于其它電纜或使用熔絲斷路器12的高壓電路的連接器。支承件56通過耳軸盒64提供一鉸鏈功能。耳軸盒設計成與由熔絲管24承載的耳軸68(也示于圖3中)的向外延伸部分66合作并將其保持住。具體說，附連到熔絲管24的下套箍72可樞轉地將耳軸68安裝在肘節連接70上。因此，耳軸68用作一肘節件，并為熔絲管24形成一對樞轉安裝件第一樞轉形成在肘節連接70處，而第二樞轉通過耳軸68的延伸部分66形成在鉸鏈支承件56的耳軸盒64內。
如在下文中所述，耳軸68和套箍72通常剛性地保持在圖1所示的對應位置。在此耳軸68和套箍72的正常的相對位置接觸帽52通過彈簧觸頭42接合，而將熔絲管組件22保持在圖1所示的位置。再者，如在下文中更詳細地描述的，當熔絲管24內的熔絲連接(未示出)工作時耳軸68和套箍72不再被剛性地保持，且套箍72可圍繞肘節連接70相對于耳軸68向下轉動。套箍72的這種運動使接觸帽52脫開彈簧觸頭42，其后，通過耳軸盒64內的延伸部分66的轉動整個熔絲管組件22圍繞下觸頭組件20轉動。考慮到附加的結構特征，一鰭狀物74可轉動地安裝在耳軸68上。一安裝在耳軸68與鰭狀物74之間的彈簧75偏置鰭狀物74使其遠離熔絲管24的下端或排出端。耳軸68包括臺肩76或其它類似特征。支承件56還包括這樣的特征，例如臺肩78，當耳軸68的延伸部分66坐落在其對應的耳軸盒64內時，該臺肩78通常與臺肩76間隔開。臺肩76和78之間的正常的間隔足以允許熔絲管24在操作過程中(將在下文中描述)相對于下觸頭組件20作適當的運動。
在使用中，熔絲連接首先安裝到熔絲管組件22內。在此說到移去接觸帽52和將熔絲連接從上端插入熔絲管24的內部，這就足夠了。熔絲連接的一部分鄰接于套箍50的頂部處的一臺肩(未示出)，其后，接觸帽52旋回到套箍50上。為獲得另外的信息和細節，可參照S&C Electric Co.的指導書351-500和上述的專利。形成熔絲連接一部分的柔軟的多股絞合電纜80退出熔絲管24的下端或排出端內的排出開口81。鰭狀物74對抗彈簧75的作用手動地轉動，以將其定位到排出開口81的附近，其后電纜80敷設到鰭狀物74內的通道82內。此后，電纜80圍繞突緣的螺栓84(示于圖2-4中)裹復，該突緣的螺栓通過一螺紋部分85旋入到耳軸68內。在擰緊突緣的螺栓84而固定住電纜80之后，鰭狀物74抵抗彈簧75的偏置而保持在如圖1所示的位置上，在此有一恒定的張力施加于電纜80和熔絲管24內的熔絲連接的其余部分。正是通過突緣的螺栓84和鰭狀物74上的彈簧75的作用而形成這種電纜80與耳軸68的連接，才正常地相對于肘節接頭70將耳軸鑄件(trunnion casting)68和套箍72保持在如圖1所示的位置上。
在熔絲管24內的熔絲連接操作之后，鰭狀物74能夠在熔絲管24內向下移動電纜80。施加在電纜80上的張力通過鰭狀物74的釋放使套箍72和耳軸68圍繞肘節接頭70相對運動，以使接觸帽52與彈簧觸頭42分離。在電纜80內的張力釋放之后以及在熔絲管24的初始向上推力衰減之后，發生套箍72和耳軸68的相對運動。如在上述專利中較為詳細解釋的，當熔絲管24內的熔絲連接的熔斷元件(未示出)熔化時，隨之而來的是快速析出熔絲管24內的熄弧氣體。這析出的氣體以非常快的速度從熔絲管24的排出開口81放出，從而向上推熔絲管24。
當熔絲連接操作時，電纜80上的張力釋放，同時上推熔絲管24。盡管耳軸68相對于套箍72和圍繞肘節接頭70的相對運動不立即與快速氣體排放同步地發生，但它可在響應于電纜80內張力的釋放后很快就發生。這種相對運動使接觸帽52與觸頭臂42和熔絲管組件22脫開，以便通過耳軸盒64內的耳軸68的延伸部66的轉動而轉到一“下降”位置。所有以上的動作被“定時”，以在熔絲連接已經中斷電路中電流時或之后啟動熔絲管組件22的轉動。
因腐蝕、污染物或雨夾雪會引起摩擦阻力，使耳軸68不能圍繞鉸鏈支承件56樞轉。如果發生這種情況，熔絲管24將會保持在原位上而不下降，因此不能提供要求的和必要的氣隙來防止熔絲管24上的泄漏。為此，在耳軸68的下表面上設置一砧表面86，其與鰭狀物74的間隔開的側壁90的上邊緣88相接合。因此，鰭狀物74的沖擊和彈簧75的作用可幫助耳軸68圍繞肘節接頭70的樞轉。在某些情形中，要求和/或必須進一步改進下降特性，尤其是1.熔絲連接或熔絲管部件可能因環境因素經歷尺寸的變化，和/或2.熔絲斷路器的安裝和熔絲管組件出自不同的廠商，它們可能不能理想地適合彼此合作，即，接口、配合部件與它們所設計的不一致。
根據本發明的重要方面，通過圍繞螺栓84的軸承載的彈簧92設置一附加的下降輔助件，例如螺栓84的軸，其在超出較寬的螺紋軸部分96具有一變窄的部分94。在一特定的實施例中，變窄的部分94包括一用來將彈簧92附連到螺栓84的螺紋部分98。當螺栓84旋入到耳軸68內并擰緊而固定電纜80時，彈簧92受到壓縮。彈簧92的壓縮抵抗下套箍組件28的套箍72的延伸的接片100。因此，當熔絲操作和電纜80釋放時，彈簧92作用而直接地圍繞肘節接頭70轉動耳軸68，以幫助熔絲管組件22的下降動作。應該指出的是這種輔助的作用比耳軸68因其釋放而作的樞轉的作用更有效，而且比鰭狀物74的釋放作用有一更寬的范圍和時間。
因此，帶有彈簧92的螺栓84兩者作為整體的組件104執行一下降的輔助功能，還用來保持或夾緊電纜80，以將熔絲管組件保持在上和下觸頭組件18和20內。還應該指出的是由于這種類型的每個熔絲斷路器12利用一諸如84的螺栓來夾緊電纜80，所以，通過用下降輔助組件104替代傳統的螺栓來夾緊電纜80，則下降輔助組件104能夠在其領域內容易地翻新。此外，在特殊的實施例中，通過選擇彈簧92的彈性特性，要求的附加的下降輔助組件可以變化。本技術領域內的技術人員將會明白應準備和/或完成彈簧92的前導表面和/或下套箍組件28的套箍72的延伸的接片100，這樣，當在熔絲連接的安裝過程中擰緊螺栓84以及在熔絲斷路器12的操作過程中其可靠地脫開時，提供彈簧92自由的轉動。
盡管本文已經圖示和描述了本發明的各種實施例，但本技術領域內的技術人員將會明白到，可以作出各種變化和修改。因此，本發明意圖在附后的權利要求書中涵蓋所有落入本發明的真正的精神和范圍內的這種變化和修改。
權利要求
1.在一下降的熔絲組件中，一包含一熔絲連接的熔絲管被一閂鎖結構保持，以將上和下接線端互連，該下接線端具有一與其連接的支承結構，并組合一肘節件或在該支承結構上和在熔絲管的下端上樞轉，用來下降熔絲管以脫離閂鎖結構，并允許熔絲管向下轉動到一下降位置，一鰭狀物在該肘節件上樞轉并適于被熔絲連接抑制，一彈簧偏置該鰭狀物，用于在其操作時從熔絲管中撤出被釋放的熔絲連接部分，以及，下降輔助裝置作用在肘節件與熔絲管之間以偏置肘節件，從而樞轉而下降和脫開閂鎖結構。
2.如權利要求1所述的組合，其特征在于，所述下降輔助裝置包括一彈性件。
3.如權利要求2所述的組合，其特征在于，還包括一用來將熔絲連接夾緊到肘節件上的螺栓，所述下降輔助裝置由所述螺栓承載。
4.在一下降的熔絲組件中，一包含一熔絲連接的熔絲管被一閂鎖結構保持以將上和下接線端互連，該下接線端具有一與其連接的支承結構，一肘節件或在該支承結構上和在熔絲管的下端上樞轉，用來下降熔絲管以脫離閂鎖結構，并允許熔絲管向下轉動到一下降位置，一鰭狀物在肘節件上樞轉并適于被熔絲連接抑制，一彈簧偏置該鰭狀物，用于在其操作時從熔絲管中撤出被釋放的熔絲連接部分，一第一螺栓將熔絲連接夾緊到肘節件上，一結構用來用性能提高的下降設備對下降的熔絲組件改型，其中，用第二螺栓來更換第一螺栓，一彈性件由所述第二螺栓承載以作用在肘節件與熔絲管之間以偏置肘節件，從而樞轉以下降和脫開閂鎖結構。
5.一種用性能提高的下降設備對下降的熔絲組件改型的方法，該下降熔絲組件包括一包含一熔絲連接的熔絲管，其被一閂所結構保持而互連上和下接線端，該下接線端具有一與其連接的支承結構，一肘節件或在支承結構上和在熔絲管的下端上樞轉，用來下降熔絲管以脫離門閂結構，并允許熔絲管向下轉動到一下降位置，一鰭狀物在肘節件上樞轉并適于被熔絲連接抑制，一彈簧偏置鰭狀物，用于在其操作時從熔絲管中撤出被釋放的熔絲連接部分，一第一螺栓用來將熔絲連接夾緊到肘節件上，該方法包括通過用第二螺栓來更換第一螺栓、一彈性件由所述第二螺栓承載以作用在肘節件與熔絲管之間并偏置肘節件從而樞轉而下降和脫開閂鎖結構，來對下降的熔絲組件改型。
全文摘要
本發明提供一種改進的熔絲斷路器，這種斷路器具有一熔絲管組件，其響應于故障電流或其它的過電流而操作，便移動到一下降位置。這種熔絲斷路器包括熔絲管組件的相對于支承鉸鏈的可樞轉的安裝件，當熔絲斷路器已操作時熔絲管組件被釋放而樞轉運動到下降位置。該熔絲管組件包括一可陷塌的肘節，一旦熔絲斷路器操作它即陷塌。該改進的熔絲斷路器包括另外的下降輔助，它通過一在陷塌的肘節的諸部件之間操作的彈性件進行設置，以便提供一力來幫助肘節的陷塌。
文檔編號H01H31/12GK1650379SQ03809259
公開日2005年8月3日 申請日期2003年4月14日 優先權日2002年4月26日
發明者J·R·蒙彈特 申請人:S&C電力公司