本公開涉及用于高壓應(yīng)用的熔斷器和熔斷器系統(tǒng)，高壓應(yīng)用比如為在例如23kV與38kV(包括38kV)之間的系統(tǒng)電壓以及26.4kV與34.5kV之間的電壓下操作的變壓器。

背景技術(shù)：

變壓器是通過電磁感應(yīng)在兩個電路之間傳遞能量的電氣裝置。熔斷器是包括熔線元件的電氣裝置，電流通過熔線元件在連接至熔線元件的兩個導(dǎo)電端子之間流動。當(dāng)處于過度強(qiáng)電流條件下時，熔線元件熔化，中斷電流在兩個導(dǎo)電端子之間的流動。比如為限流熔斷器和沖出式熔斷器的熔斷器可以用于變壓器以保護(hù)變壓器和/或連接至變壓器的設(shè)備免受過大電流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個總的方面中，一種用于23千伏(kV)與38kV之間的電壓下的限流熔斷器，包括：包括至少部分地限定內(nèi)部空間的側(cè)壁的本體；位于本體的第一端部的第一導(dǎo)電板和位于本體的第二端部的第二導(dǎo)電板；位于本體的內(nèi)部空間中的不導(dǎo)電芯部；位于本體的內(nèi)部空間中的熔斷元件，熔斷元件包裹在不導(dǎo)電芯部的周圍并且連接至第一導(dǎo)電板和第二導(dǎo)電板；以及位于本體的內(nèi)部空間中的未粘結(jié)顆粒材料，未粘結(jié)顆粒材料包括多塊材料，多塊材料中的至少一些之間具有空隙。

實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個或更多個。未粘結(jié)顆粒材料可以填充本體的內(nèi)部空間。

未粘結(jié)顆粒材料可以與充填因子相關(guān)，充填因子表示被未粘結(jié)顆粒材料的塊占據(jù)的所述內(nèi)部空間的百分比，充填因子可以在62％與75％之間。未粘結(jié)顆粒材料可以與充填因子相關(guān)，充填因子表示被未粘結(jié)顆粒材料的塊占據(jù)的內(nèi)部空間的百分比，充填因子可以在65％與70％之間。未粘結(jié)顆粒材料可以與充填因子相關(guān)，充填因子表示被未粘結(jié)顆粒材料的塊占據(jù)的內(nèi)部空間的百分比，充填因子可以在69％與70％之間。

熔斷元件可以包括網(wǎng)格圖形的開口，開口的中心以規(guī)則間隔相對于彼此間隔開。規(guī)則間隔可以在0.89厘米(cm)與1.27cm之間。開口可以包括位于熔斷元件的中間部分中的圓孔和位于熔斷元件的圓周上的部分圓形。

在另一個總的方面中，在23kV與38kV之間的電壓下使用的熔斷器保持架包括用于嵌入作為電力系統(tǒng)的一部分的變壓器的箱體的側(cè)壁中的殼體，箱體構(gòu)造成在至少部分地由側(cè)壁限定的空間中容納流體。殼體包括限定內(nèi)部區(qū)域的外表面以及位于殼體的外表面上的第一電觸點(diǎn)和第二電觸點(diǎn)，第一電觸點(diǎn)和第二電觸點(diǎn)沿著殼體的縱向軸線彼此分離。熔斷器組件容納在殼體的內(nèi)部區(qū)域中，熔斷器組件構(gòu)造成在不打開變壓器的箱體的情況下更換，熔斷器保持架包括熔線盒、位于熔線盒的第一端部處的第一終端觸點(diǎn)、位于熔線盒的第二端部處的第二終端觸點(diǎn)以及位于熔線盒中的可熔元件，可熔元件連接至第一終端觸點(diǎn)和第二終端觸點(diǎn)。

實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個或更多個，可熔元件可以是銀-錫(Ag-Sn)的合金或鎘-鋅-銀(Cd-Zn-Ag)的合金。熔斷器組件的殼體可以限定穿過殼體的多個出口，出口構(gòu)造成使流體通過以便在使用中使熔斷器組件浸沒在流體中。第一電觸點(diǎn)和第二電觸點(diǎn)可以以7.6cm與10.1cm之間的距離分離。

在另一個總的方面中，用于變壓器的熔斷器組件包括熔線盒和位于熔線盒內(nèi)部的可熔元件，熔線盒包括位于第一端部處的第一終端觸點(diǎn)和位于第二端部處的第二終端觸點(diǎn)?？扇墼B接至第一終端觸點(diǎn)和第二終端觸點(diǎn)，可熔元件包括銀-錫(Ag-Sn)的合金或鎘-鋅-銀(Cd-Zn-Ag)的合金。

實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個或更多個?？扇墼梢园ˋg-Sn的合金，該合金可以包括質(zhì)量為3.4％-3.8％的Ag以及質(zhì)量為96.2％-96.6％的Sn?？扇墼梢允荂d-Zn-Ag的合金，該合金可以包括質(zhì)量為77.9％-78.9％的Cd、質(zhì)量為15.6％-17.6％的Zn和質(zhì)量為4.5％-5.5％的Ag。

可熔元件可被構(gòu)造成用于23kV與38kV之間的電壓?？扇墼杀粯?gòu)造成在使用時浸沒在變壓器內(nèi)部的流體中。

在另一個總的方面中，一種在23千伏(kV)與38kV之間的電壓下使用的熔斷器系統(tǒng)，包括：熔斷器保持架，其包括殼體，殼體用于嵌入作為電力系統(tǒng)的一部分的變壓器的箱體的側(cè)壁中，殼體限定內(nèi)部區(qū)域；容納在殼體的內(nèi)部區(qū)域中的熔斷器組件，熔斷器組件構(gòu)造成用于在不打開變壓器的箱體的情況下從殼體移除。熔斷器系統(tǒng)還包括構(gòu)造成與熔斷器組件串聯(lián)連接的限流熔斷器，限流熔斷器包括：本體，本體包括至少部分地限定內(nèi)部空間的側(cè)壁；位于本體的第一端部處的第一導(dǎo)電板和位于本體的第二端部處的第二導(dǎo)電板；位于本體的內(nèi)部空間中的不導(dǎo)電芯部；位于本體的內(nèi)部空間中的熔斷元件，熔斷元件包裹在不導(dǎo)電芯部的周圍并且連接至第一導(dǎo)電板和所述第二導(dǎo)電板，以及位于本體的內(nèi)部空間中的未粘結(jié)顆粒材料，未粘結(jié)顆粒材料包括多塊材料，所述多塊材料中的至少一些之間具有空隙。

實(shí)施方式可以包括以下特征中的一個或更多個。未粘結(jié)顆粒材料可以填充限流熔斷器的本體的內(nèi)部空間。熔斷器組件可以包括具有內(nèi)部區(qū)域的熔線盒和位于熔線盒的內(nèi)部區(qū)域中的可熔元件，可熔元件包括銀-錫(Ag-Sn)的合金或鎘-鋅-銀(Cd-Zn-Ag)的合金。

熔斷器組件可以與可熔元件熔化以引起熔斷器組件操作的第一電流相關(guān)，限流熔斷器可以與熔斷元件熔化以引起限流熔斷器操作的第二電流相關(guān)，第二電流大于第一電流，以及熔斷器組件的可熔元件和限流熔斷器的熔斷元件可以協(xié)作，使得限流熔斷器僅在高于第二電流的電流下操作。

未粘結(jié)顆粒材料可以與充填因子相關(guān)，充填因子表示被未粘結(jié)顆粒材料的塊占據(jù)的內(nèi)部空間的百分比，該充填因子可以在62％與75％之間。限流熔斷器的本體的內(nèi)部空間中的未粘結(jié)顆粒材料可以與充填因子相關(guān)，充填因子表示被未粘結(jié)顆粒材料的塊占據(jù)的內(nèi)部空間的百分比，充填因子在65％與70％之間。未粘結(jié)顆粒材料可以與充填因子相關(guān)，充填因子表示被未粘結(jié)顆粒材料的塊占據(jù)的內(nèi)部空間的百分比，充填因子可以在69％與70％之間。

如上所述的技術(shù)中的任一者的實(shí)施方式可以包括熔斷器、限流熔斷器、沖出式熔斷器、現(xiàn)場可更換熔斷器、包括多個熔斷器的熔斷器系統(tǒng)、包括在高壓應(yīng)用中彼此協(xié)作的多個熔斷器的熔斷器系統(tǒng)、在高壓應(yīng)用中操作熔斷器的方法以及組裝熔斷器或熔斷器系統(tǒng)的方法。以下在附圖和說明書中闡述一個或更多個實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。從說明書和附圖以及從權(quán)利要求書中將容易理解其他特征。

附圖說明

圖1是包括熔斷系統(tǒng)的示例性電力系統(tǒng)的框圖。

圖2A是示例性限流熔斷器的透視圖。

圖2B是圖2A的限流熔斷器的側(cè)視截面圖。

圖3A是用于限流熔斷器的示例性熔斷元件的示意圖。

圖3B是圖3A的熔斷元件的放大部分3B的示意圖。

圖4是保持限流熔斷器的熔斷元件的示例性不導(dǎo)電芯部的橫截面圖。

圖5A是示例性熔斷器保持架的透視圖。

圖5B是圖5A的熔斷器保持架的截面剖切視圖。

圖6A是示例性熔斷器組件的側(cè)視圖。

圖6B是圖6A沿著線6B-6B截取的熔斷器組件的橫截面圖。

圖7是包括限流熔斷器和熔斷器保持架的系統(tǒng)的示例性協(xié)作曲線圖。

具體實(shí)施方式

參照圖1，示出示例性電力系統(tǒng)100的框圖。電力系統(tǒng)100包括在高壓應(yīng)用(例如在23kV與38kV之間的應(yīng)用，包括38kV的應(yīng)用和在26.4kV與34.5kV之間的應(yīng)用)中用于變壓器102的熔斷器系統(tǒng)110。變壓器102可以例如是連接至電氣設(shè)備104的基座安裝式配電變壓器或地下配電變壓器。熔斷器系統(tǒng)110包括串聯(lián)連接的限流熔斷器170和熔斷器保持架140(如圖1所示)。限流熔斷器170和熔斷器保持架140可在高壓應(yīng)用中被用作協(xié)調(diào)熔斷器系統(tǒng)，或在高壓應(yīng)用中單獨(dú)地使用。

在電力系統(tǒng)100的一般操作條件下，電流在變壓器102與設(shè)備104之間在路徑103上流動，允許變壓器102向設(shè)備104供給電壓和/或電流。例如由短路、設(shè)備故障和/或電力系統(tǒng)100的過載所引起過大電流可能破壞變壓器102和/或設(shè)備104。在存在擴(kuò)張和持續(xù)過大電流的情況下，熔斷器系統(tǒng)110通過中斷電流保護(hù)變壓器102和所連接的設(shè)備104。

變壓器102包括至少部分地限定內(nèi)部空間107的側(cè)壁106。僅通過去除或打開側(cè)壁106的一部分才可以從變壓器102的外部進(jìn)入空間107?？臻g107容納將空間107填充至流體液面109的流體108。流體108可以是在高溫下穩(wěn)定并且充分地電氣絕緣以抑制電弧的任何介電流體。例如，流體108可以是礦物油、天然酯類、合成酯類、硅酮油、植物油、能夠從明尼蘇達(dá)州威扎塔的Cargill獲得Envirotemp FR3或其混合物。流體108幫助熔斷器保持架140中斷電流和抑制電弧，電弧可能在熔斷器系統(tǒng)110的操作期間出現(xiàn)。

熔斷器系統(tǒng)110包括完全定位在空間107中并且浸沒在流體108中的限流熔斷器170和通過側(cè)壁106安裝的熔斷器保持架140。限流熔斷器170包括圍繞不導(dǎo)電芯部(比如圖2B的不導(dǎo)電芯部290或圖4的不導(dǎo)電芯部490)包裹的熔斷元件180。當(dāng)處于充分強(qiáng)電流的條件下時，例如超過限流熔斷器170的最小中斷額定值的電流，熔斷元件180熔化并且產(chǎn)生電弧。

限流熔斷器170還包括抑制和熄滅電弧的填充材料181。如關(guān)于圖2A和圖2B更詳細(xì)地論述的，填充材料181是不包括任何粘合劑或幫助從熔斷元件180去除熱的任何支承材料的非粘結(jié)顆粒材料。填充材料181的特性以及關(guān)于圖2A、圖2B、圖3和圖4討論的熔斷元件180和不導(dǎo)電芯部的結(jié)構(gòu)和布置允許限流熔斷器170在高壓時用于非粘結(jié)顆粒填充材料181。

熔斷器保持架140也構(gòu)造成用于高壓應(yīng)用。熔斷器保持架140具有限定內(nèi)部空間142的殼體141。殼體141穿過變壓器的側(cè)壁106，殼體141的下部部分143延伸到空間107內(nèi)并且位于流體液面109以下。殼體141的上部部分144在空間107的外部并且位于側(cè)壁106的外部。殼體141還包括出口145，出口145通向內(nèi)部142并且提供流體108能夠通過其流入或流出內(nèi)部142的開口。

當(dāng)殼體141定位在側(cè)壁106中時，下部部分143位于流體液面109以下，殼體141的內(nèi)部142通過出口145與變壓器102的內(nèi)部空間107流體連通。因此，流體108進(jìn)入殼體141的內(nèi)部空間142。包括可熔元件164的熔斷器組件160容納在殼體141的內(nèi)部空間142中并且暴露于流體108。圖1中所示的上部部分144位于側(cè)壁106之外的殼體141的布置允許在不去除或打開側(cè)壁106的一部分的情況下從殼體141去除熔斷器組件160。這允許熔斷器組件160的現(xiàn)場更換。

另外，熔斷器保持架140可以在高壓應(yīng)用(例如在23kV與38kV之間的應(yīng)用，包括38kV的應(yīng)用和26.4kV與34.5kV之間的應(yīng)用)中與限流熔斷器170協(xié)作。該協(xié)作使得熔斷器保持架140能夠在過載(中斷)以及被保護(hù)的設(shè)備外部的故障下操作(可以具有相對低的數(shù)值)，同時保持限流熔斷器170中斷熔斷器保持架140不能安全地中斷的更高數(shù)值的內(nèi)部故障電流。由于協(xié)作，由于其在變壓器102中的內(nèi)部位置而使更換更具挑戰(zhàn)性的限流熔斷器170不在過載以及熔斷器保持架140能夠中斷的外部故障電流的情況下操作。因此，限流熔斷器170可以工作更長的時間并且需要更低頻率地更換。因此，限流熔斷器170與熔斷器保持架140之間的協(xié)作可以引起更少的系統(tǒng)停機(jī)時間和更簡單的維修。

此外，如關(guān)于圖5A、圖5B、圖6A和圖6B更詳細(xì)地論述的，在一些實(shí)施方式中，可熔元件164可以是包括銀的導(dǎo)電合金，比如，例如鎘-鋅-銀或錫-銀的合金。這些合金的使用可以幫助實(shí)現(xiàn)限流熔斷器170和熔斷器保持架140之間在高系統(tǒng)電壓下的協(xié)作，例如，23kV與38kV(包括38kV)之間的電壓以及26.4kV與34.5kV之間的電壓。另外，這些合金的延展性可以允許在由于流過可熔元件的電流量的變化而使可熔元件164暴露于快速和/或反復(fù)溫度變化的條件下使用。因此，作為可熔元件164的這些合金的使用可以允許熔斷器保持架140在電流水平能夠快速改變的劇烈周期性載荷情況下使用，比如可能在基于風(fēng)能或太陽能的應(yīng)用中遇到的情況。

參照圖2A和圖2B，分別示出示例性限流熔斷器270的透視圖和側(cè)視截面圖。限流熔斷器270可被用作單獨(dú)部件或者限流熔斷器270可以與另一個熔斷器配對。例如，限流熔斷器270可以用作熔斷器系統(tǒng)110中的限流熔斷器170。限流熔斷器270用于高壓應(yīng)用(例如，23kV與38kV之間(包括38kV)的電壓以及26.4kV與34.5kV之間的電壓)。另外，限流熔斷器270可以在這些高壓下使用同時浸沒在流體中，比如流體108(圖1)。在一些實(shí)施方式中，限流熔斷器270可以在不浸沒在比如為流體108的流體中的情況下使用。例如，限流熔斷器270可以用于空氣中。

熔斷器270包括由側(cè)壁274形成的本體272。側(cè)壁274沿著縱向軸線273從第一端部275a延伸至第二端部275b。在相應(yīng)的端部275a和275b處，熔斷器270包括允許熔斷器270電連接至另一個元件的導(dǎo)電端板277a、277b和端子278a、278b。

側(cè)壁274限定內(nèi)部空間278(圖2B)。在內(nèi)部空間278內(nèi)是從第一端部275a延伸至第二端部275b的不導(dǎo)電芯部290。熔斷元件(或帶狀物)280包裹在不導(dǎo)電芯部290的周圍。熔斷元件280由導(dǎo)電材料制成，一個端部連接至端板277a、277b中的每一個。

在一般條件下，電流在導(dǎo)電端板277a、277b之間的熔斷元件280中流動。當(dāng)下降在熔斷器270的最小中斷額定值和最大中斷額定值之間的電流在熔斷元件280中流動時，熔斷元件280熔化，形成斷路以中斷電流。當(dāng)熔斷元件280熔化時，可以在本體272的內(nèi)部空間278中形成電弧。為了抑制和熄滅電弧，內(nèi)部空間278包括作為未粘結(jié)或松散的顆粒或塊材料283的集合的顆粒材料281，顆粒或塊材料283中的全部或一些通過空隙284與其他顆粒物理地分離。空隙284可以例如為空白空間或氣穴。

未粘結(jié)顆粒材料281接觸限流熔斷器270的內(nèi)部部件，包括不導(dǎo)電芯部290和熔斷元件280。未粘結(jié)顆粒材料281可以是比如為硅砂或石英的不導(dǎo)電材料。顆粒283可以是硅砂或石英的細(xì)粒。在一些實(shí)施方式中，顆粒材料281可以是氧化鋁或其他氧化物材料。另外，顆粒283可以具有一定范圍的粒徑和/或形狀分布。由于單個顆粒283的形狀，顆?？梢越佑|多個其他顆粒同時仍然在多個顆粒之間具有空隙。

顆粒材料281是松散和未粘結(jié)的，這是因?yàn)轭w粒283不以通過例如利用無機(jī)粘合劑混合未粘結(jié)材料形成的自支承結(jié)構(gòu)的方式保持在一起。另外，未粘結(jié)顆粒材料281僅包括顆粒283和空隙284。未粘結(jié)顆粒材料281沒有有意設(shè)置的雜質(zhì)，比如可揮發(fā)樹脂，雜質(zhì)可能起到增強(qiáng)未粘結(jié)顆粒材料281的熱排除能力的作用。

構(gòu)造成用于例如23kV以上的高壓應(yīng)用的限流熔斷器一般采用利用無機(jī)粘合劑粘結(jié)的填充材料，以在限流熔斷器內(nèi)部形成剛性自支承結(jié)構(gòu)。粘結(jié)的填充材料吸收來自熔斷元件的熱并且熄滅當(dāng)熔斷元件熔化時形成的電弧。粘結(jié)填充材料的使用可以提供改善的強(qiáng)電流中斷(例如更高的最大中斷額定值)。

相比而言，限流熔斷器270利用未粘結(jié)顆粒材料281。未粘結(jié)填充材料在用于高壓應(yīng)用的限流熔斷器中的使用可能存在挑戰(zhàn)。例如，熔斷元件的加熱或熔化可以在限流熔斷器的內(nèi)部形成壓力，引起松散顆粒之間的現(xiàn)有空隙擴(kuò)大。空隙的存在可以降低未粘結(jié)填充材料熄滅電弧的能力。然而，構(gòu)造成用于高壓并且包括未粘結(jié)填充材料(未粘結(jié)顆粒材料281)的限流熔斷器270通過未粘結(jié)填充材料的特性(比如充填因子)以及熔斷元件280和不導(dǎo)電芯部290的結(jié)構(gòu)和布置解決了這些挑戰(zhàn)。

內(nèi)部空間的由顆粒283占據(jù)的部分是可以幫助限流熔斷器270以高壓操作的未粘結(jié)顆粒材料281的一個特性。未粘結(jié)顆粒材料281可以填充限流熔斷器270的內(nèi)部空間278，使得在未粘結(jié)顆粒材料281與側(cè)壁274和/或端板277a、277b之間沒有頂部空間或間隙。然而，即使內(nèi)部空間278中沒有間隙，空隙284也存在于未粘結(jié)顆粒材料281內(nèi)。內(nèi)部空間278的由顆粒283占據(jù)的部分可被稱為充填因子。充填因子取決于顆粒283的尺寸和形狀以及顆粒283相對于彼此的布置。

充填因子可以是相對于內(nèi)部空間278表征顆粒283的任何比例特性或量度。內(nèi)部空間278可以是體積，充填因子可以例如是由顆粒283占據(jù)的內(nèi)部空間278的體積百分比。例如，充填因子可以基于本體272包括未粘結(jié)顆粒材料281時的重量相對于本體272在不包括未粘結(jié)顆粒材料281的情況下的重量。對于未粘結(jié)顆粒材料281的充填因子可以例如小于75％、在60％與75％之間、在62％與75％之間或在65％與70％之間。在一些實(shí)施方式中，充填因子在69％與70％之間。

與采用粘結(jié)填充材料的相同尺寸的限流熔斷器相比，限流熔斷器270可以重量更輕。例如，具有未粘結(jié)顆粒材料281的限流熔斷器270可以比具有粘結(jié)電弧熄滅填充材料的相似限流熔斷器輕4-16％。使用未粘結(jié)顆粒材料281還可以使得限流熔斷器270與采用粘結(jié)填充材料的限流熔斷器相比更加簡單和更加有效地制造。此外，限流熔斷器270可以具有最大中斷額定值，其與具有粘結(jié)填充材料的熔斷器相當(dāng)。

另外，具有限流熔斷器270的其他部件的未粘結(jié)顆粒材料281的使用獲得比使用粘結(jié)填充材料的高壓限流熔斷器更低的最小中斷額定值。例如，與包括粘結(jié)填充材料的限流熔斷器相比，未粘結(jié)顆粒材料281在限流熔斷器270中的使用可以使得在大約18,000與30,000(以安培平方秒(A²s)計(jì))之間的最小熔融(minimum melt)的情況下的最小中斷額定值減小10％-33％(以安培(A)計(jì))。最小熔融是基于在一定量時間施加電流，熔化熔斷元件所需的能量的量的測量值。

在另一個例子中，例如在100A與140A之間，限流熔斷器270具有連續(xù)額定電流，連續(xù)額定電流是熔斷器270在不超出溫度極限的情況下能夠傳導(dǎo)的電流量。當(dāng)限流熔斷器270具有在該范圍內(nèi)的連續(xù)額定電流時，未粘結(jié)顆粒材料281的使用可以使得最小中斷額定值與使用粘結(jié)填充材料的限流熔斷器相比減小有利的10％-33％。例如，當(dāng)限流熔斷器270構(gòu)造成具有100A的連續(xù)額定電流時，最小中斷電流為635A。對于具有相似連續(xù)額定電流和相似額定電壓但具有粘結(jié)填充物的限流熔斷器而言，最小中斷電流為700A-720A。

在另外的例子中，當(dāng)限流熔斷器170構(gòu)造成具有120A和140A的連續(xù)額定電流時，最小中斷額定值分別為700A和800A。另外，這些最小中斷額定值比使用粘結(jié)材料填充物并且具有125A的連續(xù)額定電流的限流熔斷器的900A的最小中斷額定值更低。因此，限流熔斷器270可以在保持足夠的最大電流中斷額定值的同時提供減小的最小中斷額定值。

除未粘結(jié)顆粒材料281之外，熔斷元件280的結(jié)構(gòu)和定位還可以允許限流熔斷器270用于高壓應(yīng)用。緊靠著側(cè)壁274設(shè)置熔斷元件280可以使得當(dāng)熔斷元件280加熱或熔化時側(cè)壁274燒焦并且釋放氣體。從側(cè)壁274釋放的另外的氣體可以增大內(nèi)部空間278中的壓力，并且可以使得端板277a、277b與本體272分離。端板277a、277b的分離可以防止中斷。因此，熔斷元件280以與側(cè)壁274間隔開距離288定位在內(nèi)部空間278中，與側(cè)壁274的距離288最小化氣體從側(cè)壁274的釋放，同時仍然允許熔斷器270的總體尺寸保持相同。距離288可以例如為至少0.2英寸(0.51cm)、0.2英寸至0.4英寸(0.51cm至1.02cm)、0.3英寸至0.4英寸(0.76cm至1.02cm)或0.35英寸至0.4英寸(0.90cm至1.02cm)。

還參考圖3A和圖3B，示出示例性熔斷元件380。熔斷元件380可以用作分別位于限流熔斷器170、270中的熔斷元件180、280。圖3A示出在圍繞不導(dǎo)電芯部290設(shè)置之前處于展開狀態(tài)的熔斷元件380。圖3B示出熔斷元件380的分段383。

熔斷元件380是具有縱向軸線382和垂直于縱向軸線382的橫向軸線384的比如為銅或銀的一條導(dǎo)電材料。熔斷元件380具有許多開口386，開口386具有在熔斷元件380上形成網(wǎng)格圖形的位置。在圖3A圖例子中，開口386沿著熔斷元件380的中心部分388和邊緣387a、387b定位。分段383示出單列開口386。在圖3B的示例中，開口386在該列中的中心沿著平行于橫向軸線384的方向?qū)φ?/p>

在圖3A和圖3B的示例中，開口386是圓形。沿著中心部分388定位的開口386具有完整圓形的橫截面，邊緣387a、387b處的開口386具有部分圓形的截面。每個開口386沿著平行于縱向軸線382的方向間隔開距離391。距離391可以為例如0.4英寸(1.106cm)、在0.35英寸與0.5英寸之間(在0.89cm與1.27cm之間)、在0.38英寸與0.45英寸之間(在0.96cm與1.14cm之間)或者在0.39英寸與0.41英寸之間(在0.99cm與1.04cm之間)。距離391可以沿著平行于縱向軸線382的方向從一個開口的中間到相鄰的開口的中間測量。在圖3A的示例中，位于邊緣387a處的開口386中的每一個沿平行于橫向軸線384的方向與熔斷元件380的中心的開口386和邊緣387b上的另一個開口386對正。開口386可以是穿過熔斷元件380的孔。

在其他例子中，開口386可以具有除圓以外的形狀的截面。另外，單個熔斷元件380可以包括具有各種橫截面形狀的開口。

開口386的網(wǎng)格圖形的布置幫助限流熔斷器270利用未粘結(jié)顆粒材料281在高壓應(yīng)用中實(shí)施。熔斷元件380可以比一般用于具有粘結(jié)填充物的限流熔斷器的熔斷元件在每英寸(或其他長度單位)上包括更大數(shù)量的開口386，距離391的更小值提供單位長度上的更多開口386。當(dāng)超過最小中斷額定值的電流在熔斷元件380中流動時，熔斷元件380加熱并且開始熔化。熔斷元件380首先在開口386處熔化，這是因?yàn)殚_口386比熔斷元件380的其他部分相對更薄，在開口386處形成電弧。通過具有更大密度的開口386，存在更多電弧點(diǎn)和更高電阻。盡管更高電阻可能是不希望的，但是更大密度的電弧點(diǎn)可能是有利的。根據(jù)上述開口386的結(jié)構(gòu)，電弧沿著熔斷元件380在空間中分布，提高了電流中斷的效率并且允許未粘結(jié)顆粒材料281熄滅電弧。

在圖3A和圖3B的例子中，開口386具有圓形或部分圓周的橫截面形狀。圓形形狀可以提供制造效率。另外，圓形形狀為開口386提供最小的橫截面面積。通過最小化橫截面面積，減小了由開口386引起的電阻，同時保持相同的熔斷元件熔化以及電流中斷特性。盡管開口386的數(shù)目增大，但是開口386在熔斷元件380上的空間布置還提供降低的電阻。對于熔斷元件380的相同的最小橫截面面積，在中心部分300中具有一個開口并且在對于沿著橫向軸線384的每列開口(比如圖3B所示)的每個邊緣387a、387b處具有一個部分開口的圖3A的網(wǎng)格圖形比包括僅一個開口的網(wǎng)格提供更低的電阻。

當(dāng)開口386具有圓形截面時，截面的直徑可以例如為0.062英寸(0.157cm)。具有為部分圓周的截面的開口386可以具有為具有圓形截面的開口的橫截面直徑的小部分的橫截面寬度。

再次參考圖2B，在組裝的限流熔斷器270中，熔斷元件280包裹在不導(dǎo)電芯部290的周圍以形成具有平滑曲線轉(zhuǎn)角的螺旋、盤旋或線圈形狀。線圈的兩個連續(xù)節(jié)段沿著平行于不導(dǎo)電芯部290的縱向軸線的方向彼此間隔開距離285。

在電流中斷期間，熔斷元件280熔化并且產(chǎn)生電弧。與粘結(jié)填充物相比，用于限流熔斷器270的顆粒材料281可以提供電弧的更少限制和更少的熱吸收。因此，在不改變?nèi)蹟嘣那闆r下，電弧可以在利用未粘結(jié)填充物材料的熔斷器中比在具有粘結(jié)填充物的熔斷器中持續(xù)更長時間。然而，通過增大轉(zhuǎn)角之間的間隔(距離285)，由電弧產(chǎn)生的壓力可被減小以幫助限流熔斷器270利用未粘結(jié)填充材料281而用于高壓應(yīng)用中。在一些實(shí)施方式中，比如圖4所示，不導(dǎo)電芯部290具有將熔斷元件280保持為具有分離開距離285的線圈節(jié)段的線圈或螺旋形狀的幾何特征。

參照圖4，示出示例性不導(dǎo)電芯部490的側(cè)視截面圖。熔斷元件480以盤旋或線圈形狀包裹在不導(dǎo)電芯部490的周圍。不導(dǎo)電芯部490和熔斷元件480可以在限流熔斷器270中分別用作不導(dǎo)電芯部290和熔斷元件280。熔斷元件380可以包裹在不導(dǎo)電芯部490的周圍。不導(dǎo)電芯部490可以由例如云母層板或在熔斷元件480熔化或加熱時不產(chǎn)生足以有利于壓力累積的氣體的其他材料制成。

不導(dǎo)電芯部490具有縱向軸線491和幾何特征492。不導(dǎo)電芯部490提供對于繞制熔斷元件480的支承，幾何特征492利用沿著平行于縱向軸線491的方向彼此間隔開距離485的線圈節(jié)段保持繞制的熔斷元件480。距離485確定線圈節(jié)段之間的間隔。因此，為了增大線圈節(jié)段之間的距離，可以增大幾何特征492之間的距離485。

如上所述，增大線圈節(jié)段之間的間隔幫助限流熔斷器170利用未粘結(jié)材料填充物在高壓應(yīng)用中操作。距離485可以例如為0.64英寸至0.8英寸(1.6cm至2cm)。

因此，限流熔斷器270是對于高壓應(yīng)用將未粘結(jié)顆粒材料281用作電弧熄滅填充物的熔斷器。限流熔斷器270的比如為熔斷元件280、不導(dǎo)電芯部290和/或未粘結(jié)顆粒材料281的部件的結(jié)構(gòu)和布置允許限流熔斷器270用于高壓應(yīng)用。另外，限流熔斷器270可以實(shí)現(xiàn)比將未粘結(jié)填充物用作電弧熄滅填充物介質(zhì)的限流熔斷器更低的最小中斷額定值。

再次參考圖1，熔斷器系統(tǒng)110包括限流熔斷器170和熔斷器保持架140。限流熔斷器170和熔斷器保持架140可以一起用作熔斷器系統(tǒng)110，或者這些部件可以單獨(dú)地以及彼此分離地使用。以上關(guān)于圖2A、圖2B、圖3A、圖3B和圖4論述了可被用作限流熔斷器170的限流熔斷器270的例子。以下關(guān)于圖5A、圖5B、圖6A和圖6B的論述涉及可被用作熔斷器保持架140的示例性熔斷器保持架540。

參照圖5A，示出示例性熔斷器保持架540的透視圖。圖5B示出熔斷器保持架540的剖切視圖。圖6A示出可被容納在熔斷器保持架540中的示例性熔斷器組件560的側(cè)視圖的框圖，圖6B示出沿圖6A的線6B--6B截取的熔斷器組件560的橫截面圖。

熔斷器保持架540是用于高壓(例如23kV與38kV(包括38kV)之間的電壓以及26.4kV與34.5kV之間的電壓)應(yīng)用的現(xiàn)場可更換油下沖出式熔斷器。熔斷器保持架540可以具有例如10A-65A的連續(xù)額定電流。熔斷器保持架540可以與限流熔斷器170或270一起使用以形成包括用于高壓應(yīng)用的現(xiàn)場可更換沖出式熔斷器的熔斷器系統(tǒng)。熔斷器保持架540可以與除限流熔斷器170、270以外的限流熔斷器或與另一類型的熔斷器一起使用。另外，熔斷器保持架540可被用作不直接連接另一個熔斷器的單個部件。

熔斷器保持架540包括限定縱向軸線546的熔斷器殼體541。熔斷器殼體541具有凸緣547，殼體541的下部部分543位于凸緣547的一側(cè)上，殼體541的上部部分位于凸緣547的另一側(cè)上。使用中，熔斷器保持架540定位在變壓器(比如圖1的變壓器102)的箱體的側(cè)壁506中。凸緣547用于將殼體541緊固至側(cè)壁506并且在殼體541定位在側(cè)壁506中的同時密封變壓器的內(nèi)部。雖然殼體541定位在側(cè)壁506中，但是下部部分543延伸到變壓器的箱體內(nèi)并且上部部分544從側(cè)壁506向外延伸。下部部分543的全部或部分浸沒于在變壓器的箱體中被抬起至液面509的流體508中。殼體541還包括通向殼體541的外部的出口或端口545。出口545允許積聚在殼體541中的氣體逸出，并且出口還允許變壓器箱中的流體508進(jìn)入殼體541的內(nèi)部。

安裝在殼體541的外表面上的是電觸點(diǎn)548a、548b。電觸點(diǎn)548a、548b可以由比如為銅或銀的任何導(dǎo)電材料制成。熔斷器保持架540可以通過電觸點(diǎn)548a、548b中的一者或兩者連接至變壓器內(nèi)的電路和/或另一個電氣元件(比如限流熔斷器170)。電觸點(diǎn)548a、548b分別包括接觸按鈕550a、550b。接觸按鈕550a、550b由任何導(dǎo)電材料制成。

電觸點(diǎn)548a、548b沿著平行于縱向軸線546的方向彼此間隔(分離)開距離549。電觸點(diǎn)548a、548b彼此分離使得電觸點(diǎn)548a、548b不直接物理接觸。距離549可以例如大于3英寸(7.62cm)或在3英寸與4英寸之間(在7.62cm與10.16cm之間)。距離549幫助熔斷器保持架540在高壓應(yīng)用中恰當(dāng)?shù)夭僮鞑⑶冶戎荚谟糜诟碗妷簯?yīng)用的熔斷器保持架上的相似距離更長。當(dāng)距離549增大時，由于更長長度所提供的介電強(qiáng)度增大，殼體541能夠承受更大電壓。另外，更長長度還由于更好的介電強(qiáng)度而降低了再觸發(fā)的可能性(中斷之后電流的再激發(fā))。

還參考圖5B和圖6A，熔斷器組件560容納在殼體541的內(nèi)部中。熔斷器組件560容納在殼體541的下部部分543中。熔斷器組件560包括限定內(nèi)部區(qū)域562的熔線盒561。熔斷器組件560還可以包括位于內(nèi)部區(qū)域562中的熔線鏈565。熔線鏈565保持可熔元件564，如下所述。熔線鏈565可以與熔線盒561同軸。

熔線盒561具有位于熔線盒561的第一端部處的第一終端觸點(diǎn)563a和位于熔線盒561的第二端部處的第二終端觸點(diǎn)563b。終端觸點(diǎn)563a、563b可以由任何導(dǎo)電材料制成。當(dāng)熔斷器組件560位于殼體的內(nèi)部時，終端觸點(diǎn)563a、563b中的每一個電連接接觸按鈕550a、550b之一。這樣，熔斷器組件560電連接至位于殼體541的外部上的電觸點(diǎn)548a、548b。因此，當(dāng)熔斷器組件560位于殼體541的內(nèi)部中時，通過電觸點(diǎn)548a、548b電連接至熔斷器保持架540的元件也電連接至熔斷器組件560。

可以通過打開或翻動形成在殼體541上的鎖柄551從熔斷器殼體541去除熔斷器組件560。打開鎖柄551使凸緣547在變壓器的殼體541與側(cè)壁506之間形成的密封破壞?？梢酝ㄟ^將鎖柄551和殼體541的上部部分544拉離變壓器的側(cè)壁506從殼體541的內(nèi)部的下部部分去除熔斷器組件560。這樣，由于變壓器的箱體不必被打開或者去除以更換熔斷器組件560，因此熔斷器保持架540允許熔斷器組件560的現(xiàn)場更換。

可熔元件564位于內(nèi)部區(qū)域562中并且在終端觸點(diǎn)563a、563b之間延伸?？扇墼?64由任何導(dǎo)電材料制成，并且在一般條件下，電流在可熔元件564中的終端觸點(diǎn)563a、563b之間流動。當(dāng)熔斷器組件560處于持續(xù)過大電流的條件下時，可熔元件564熔化，中斷在終端觸點(diǎn)563a、563b之間流動的電流，并且保護(hù)熔斷器保持架540通過電觸點(diǎn)548a、548b與其連接的設(shè)備和/或電路。

參照圖6B，是沿著圖6A線6B-6B截取的熔斷器組件560的橫截面圖。在圖6A和圖6B的例子中，熔線盒561和熔線鏈565是同心管，熔線鏈565的直徑566小于熔線盒561的直徑。減小直徑566的值可以改善小電流中斷，但是太小的直徑可能引起高壓應(yīng)用中的壓力的不希望的增大。熔線鏈565的直徑對于高壓應(yīng)用和10A至65A的額定電流而言可以例如在0.180英寸與0.240英寸之間(在0.45cm與0.61cm之間)或者在0.205英寸與0.228英寸之間(在0.521cm與0.579cm之間)。

可熔元件564可以是任何導(dǎo)電材料。例如，可熔元件可以是錫(Sn)、銀(Ag)、銅(Cu)、錫銅合金、錫-鉛(Pb)-鎘(Cd)合金或包括錫、鉛、銀和/或其他導(dǎo)電材料的合金?？扇墼?64可以為例如4.5英寸(11.43cm)長。

在一些實(shí)施方式中，可熔元件564是包括銀的合金，比如，例如錫和銀(Ag-Sn)的合金或鎘、鋅和銀(Cd-Zn-Ag)的合金。在可熔元件564是Ag-Sn合金的實(shí)施方式中，合金可以包括以質(zhì)量計(jì)的4％或更少的銀以及96％或更多的錫。在其他實(shí)施方式中，合金包括質(zhì)量為3.6％的銀和質(zhì)量為96.4％的錫。在另外的其他實(shí)施方式中，合金包括質(zhì)量為3.4％-3.8％的銀和質(zhì)量為96.2％-96.6％的錫。在可熔元件564是Cd-Zn-Ag合金的實(shí)施方式中，合金可以包括質(zhì)量為77.9％-78.9％的鎘、質(zhì)量為15.6％-17.6％的鋅和質(zhì)量為4.5％-5.5％的銀。在其他實(shí)施方式中，可熔元件564是包括質(zhì)量為78％的鎘、質(zhì)量為17％的鋅和質(zhì)量為5％的銀的Cd-Zn-Ag合金。在其他實(shí)施方式中，可熔元件564是包括質(zhì)量為78.4％的鎘、質(zhì)量為16.6％的鋅和質(zhì)量為5％的銀的Cd-Zn-Ag合金。雜質(zhì)和其他材料可以是合金的質(zhì)量的0.15％或更少。

當(dāng)用作可熔元件564時，Cd-Zn-Ag合金可以提供改善的性能，當(dāng)熔斷器組件以達(dá)到65A的連續(xù)額定電流在高壓(23kV與38kV(包括38kV)之間的電壓以及26.4kV與34.5kV之間電壓電壓)下經(jīng)歷周期性載荷狀態(tài)時，Sn-Ag合金可以在達(dá)到40A的連續(xù)額定電流的電壓范圍內(nèi)提供改善的性能。另外，Cd-Zn-Ag合金和Sn-Ag合金可以用于包括熔斷器保持架540和在高壓下操作的限流熔斷器(比如上述限流熔斷器170和270)的系統(tǒng)中，這些合金可以加強(qiáng)和/或允許熔斷器保持架與限流熔斷器之間的協(xié)作。

參照圖7，示出示例性協(xié)作曲線圖700。協(xié)作曲線圖700是用于熔斷器系統(tǒng)110(圖1)的協(xié)作曲線圖的示例。協(xié)作曲線圖700示出熔斷器保持架140和限流熔斷器170如何協(xié)調(diào)以一起作用為熔斷器系統(tǒng)110。在所示出的示例中，熔斷器保持架140具有38kV的額定電壓、65A的連續(xù)額定電流和由Cd-Zn-Ag合金制成的可熔元件。在這例子中，限流熔斷器170具有38kV的額定電壓和100A的連續(xù)額定電流。

協(xié)作曲線圖700包括表示熔斷器保持架140的總清除時間-電流特性的曲線705(以虛線示出)。總清除時間-電流特性表示作為故障電流(以安培計(jì))的函數(shù)的熔斷器保持架140中斷故障電流的總時間(以秒計(jì))。協(xié)作曲線圖700還包括表示限流熔斷器170的最小熔化時間-電流特性的曲線710。最小熔化時間-電流特性表示作為在熔斷元件中流動的電流量(以安培計(jì))的函數(shù)的最小時間(以秒計(jì))，該最小時間之后限流熔斷器的熔斷元件開始熔化。

曲線705和710在交叉點(diǎn)715處相交，交叉點(diǎn)715與電流716和時間717相關(guān)。如果電流716等于或大于限流熔斷器170的最小中斷額定值并且小于熔斷器保持架140能夠中斷的最大電流，則限流熔斷器170和熔斷器保持架140協(xié)作。在該情況下，由于較低值電流被熔斷器保持架140中斷，因此限流熔斷器170僅以大于其最小中斷電流的電流操作。

由于協(xié)作，由于其在變壓器102中的內(nèi)部位置而使更換更具挑戰(zhàn)性的限流熔斷器170不基于熔斷器保持架140能夠中斷的故障電流操作。因此，限流熔斷器170與熔斷器保持架140之間的協(xié)作可以引起更少的系統(tǒng)停機(jī)時間和更簡單的維修。另外，限流熔斷器170中斷對于熔斷器保持架140來說過高而不能安全中斷的電流。由于時間-電流特性曲線取決于熔斷元件熔化的電流，用于熔斷元件的比如為上述銀-錫合金或鎘-鋅-銀合金的特定材料可被用于在高壓應(yīng)用中提供限流熔斷器170與熔斷器保持架140之間的協(xié)作。

其他特征在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，關(guān)于變壓器論述了熔斷器系統(tǒng)110、熔斷器170和270、熔斷器保持架140和540以及熔斷器組件，但是其可以用于比如為高電壓電氣開關(guān)裝置的其他高壓電器部件。