[其他]交流电源电路用熔断器

说明书

本发明涉及中等电压范围（3.3千伏到38千伏）内的交流电源用熔断器。为了保护这类电路曾经采用过各种技术。在英国通常的做法是将限流备用熔断器与浸油熔断器开关一起使用。在美国通常的做法是或者用一通用熔断器，或者将一通用熔断器与一个或多个备用熔断器串联使用。

冲出型（expulsion    type）的通用熔断器需要断开任何数值的电流直到额定断开电流，该熔断器装有熔丝部件，该部件根据故障电流的电平多少快速地熔化。由于当熔丝熔化时所产生的电弧有热量，故产生高气体压力，该气体压力在理论上引起使电弧冷却、去游离化及消灭的介电介质作快速运动。尽管这些冲出式熔丝由于其具有的熔断时间电流曲线而能令人满意地保护变压器电路，但其短路电流额定值在非常低的电平上，以致严重地限制它在这些方面的应用。

一种已知的备用熔断器的形式是限流熔丝管，配有绕在星形截面的瓷芯上成螺旋形的银或铜部件，该芯装在瓷圆筒中，筒中剩余空间填有砂子。在熔断器部件熔化时，所产生的热使砂子液化，致使玻璃基的闪电熔岩形成物围绕电弧产生，以吸收电弧的热能，并因而灭弧。这类备用熔断器单独使用不能令人满意，因为该部件能在低于装置的额定最小断开电流时熔化。这可能引起熔断器不能使电路切断，并因而严重失效。限流熔断器的另一缺点是由熔丝长度长而截面小所引起的。长度长而截面小是熔断器部件所必须的，但这样会引起高I²R损耗及产生高热。这类熔断器的电流额定值因而受到限制，典型地在15千伏时，限为100安，而在12千伏时，限为120安。

有可能设计出一种能用通用的熔断器的限流熔断器，但这类熔断器通常所显示的熔断时间电流曲线不合乎需要，并且经受其所保护的系统的过渡恢复电压的能力有限。

在故障电流的整个范围上获得对中等电压电路的令人满意的保护的一种方法是将一通用熔断器与限流备用熔断器相串联。两熔断器可以装在同一外壳内，或装在浸在充油开关油箱或置于空气中公共支座上。另一种方法是将备用熔断器与能触发有关开关的熔断器撞针装在一起，成为所谓熔断器开关组合物。

除去需要两个串联熔断器或一个熔断器开关组合物才能完成所需的功能的缺点之外，另一众所周知的问题是如何配好用于保护配电变压器的熔断器，以便使其熔断时间电流曲线紧跟变压器的下流的低压熔断器的有关时间电流曲线且并不或者与低压熔断器的有关的曲线重叠或与防止位于变压器上流的电源线过电流进行保护的时间电流曲线重叠。很难使常规熔断器匹配这些曲线以作出所需的细微鉴别。

与形成本发明的主题的熔断器表面上类似的熔断器如在DE-A-548914中所示。此文献所描述的熔断器具有其中装有可连有输入导体的中央电极的外壳，及与中央电极隔开且包围中央电极的环形电极，两电极通常由可熔部件相连。环形电极在电气上经线圈与输出导体相连。外壳内装有在大气压下的空气并由盖板关闭。正常工作时，电流连续地经中央电极、可熔部件、环形电极和线圈。如果在故障情况下可熔部件熔化，则将立即在中央电极和环形电极之间直接引起电弧，通电的线圈所产生的磁场将使电弧立即旋转并以高速度围绕中央电极转动，最终被熄灭。在该运动期间，电弧两端迅速在中央电极和环形电极两电极上运动，以致这些电极不能发热到其熔化温度。一旦电弧已被建立，则其电压与电源电压相反随着时间增大而上升，而这具有迫使电弧电流为零的作用，此时电弧熄灭。该装置既适用于直流又适用于交流，并被描述成特别适用于低压配电网络，且只占有较小的空间。的确，它实质上是一低压器件，因为线圈被描述成具有能限流的电抗器的作用。

DE-A-548914没有说明怎样将熔断器用于中等电压交流电源电路，打算将该熔断器以此种方式使用是完全不实用的。因需要电弧长度长及因而熔断器直径大（例如超过1米）。当电弧电压随长度增加而增加时会释放出很高的能量，使外壳内的空气压力大大增加，可能大得无法包括在商业上实用的结构之中。

此外，DE-A-548914的熔断器的环形电极中的电流密度非常高，在工常工作时要求电流在环形电极和线圈中连续流动因而会产生过热，和有I²R损耗，这些因素使得该熔断器在中等电压交流电源电路中使用不切实际。

本发明寻求提供一种熔断器，该熔断器能单独使用，对中等电压交流电源电路在短路电流额定值高达且实质上高于已知的冲出式熔断器的上限时给予完全保护，并能生产出有能与在变压器的下流侧的低压熔断器的有关曲线紧紧相配的时间电流曲线，这类中等电压熔断器可用于该变压器。