专利名称：多功能全自动保险器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电网，电路以及电器的安全保险装置，特别是涉及一种以恒温电导互控普适效应管(简称温电效应管)为核心元件的交流或直流单相电路的多功能全自动保险器装置。温电效应管的中国专利申请号87106054。
现有的电路保险和装置主要有保险丝、保险管、熔断丝(片)、限流继电器、自动开关等。在它们各自的不足之处当中，有一个共同的缺陷就是当合上电键时，没有防止线路中冲击电流过大的功能，即没有从起步低电压自动升向高电压的功能，因此易导致合闸时有害的高压电离火花，也不利于延长电器的使用寿命。另一方面，这些保险装置尤其是前三种在电网中往往应用于多级保险，因此在后几级的干路或者支路保险丝过粗以及保险设置不当时，容易因超负荷或短路引起火灾。在日常生活用电以至工业用电中，通常的保险装置没有防触电伤人的功能，一般只具备电路或电器设备的保险功能，所以无法保障带电作业人员不慎触电时的安全。关于自动化方面，除限流继电器(热继电器)和自动开关具有半自动的断电功能外，其它三类保险在熔断之后，均需人工换修接通，可见，自动复通是这些保险装置都没有的功能。在应用时，换修保险的维修工作，是不少人们惧怕的事情，如某些家庭主妇。当请电工修理时，固定保险丝的螺钉也存在被熔断时的电火花电气腐蚀而不易被拧动的现象;局部短路熔断的保险，换好保险合闸时，还存在再次熔断伤人的危险。如果电压达到380伏的工业用电甚至更高时，操作人员直接合闸已比较危险，这时则采用低压控制高压的方式进行合闸工作，这样不仅增加了供电设备和维修工作，而且也不利于节能。总之，传统的保险及其装置有着多方面的不足。
在种类繁多的现有保险装置中，除了上述传统的主要保险器件外，还有其它一些新品种挤身于这一行列之中，例如电冰箱保安器、漏电断电器。这类新型装置在电路、电器中主要发挥的是专门的保安(保险)功能，一般只具有单一功能的特点，所以适用范围狭，如电冰箱保安器就是这样的专用产品;漏电断电器比前者的功能多点，具有漏电触电的双重保护功能，但是它同样有保护范围窄，工作环境要求严格和触电保护不利的不尽人意之处。以中国柳州开关厂的DZL18-20型漏电断路器产品为例其工作原理是对进线电流I1和回线电流I2的矢量和不为零时作出的功能反应，因此不适合于高频交流的远距离保护，也不适用于人体同相线与零线形成触电回路时的安全保护该型产品的工作环境要求-气温应在区间〔-5℃，+40℃〕之内，24小时的平均温度小于+35℃，海拔不超过2000米，垂直安装误差不超过5°，外磁场小于地磁的5倍，无振动等等。象这样的产品，除了不能保护人体在同相线形成回路时的触电安全，也不能确保“Y”字型触电时的安全，即人体的一头触电，一头接大地，再一头接零线-这时流经人体的电流是其(漏电)动作电流的几倍之多，而该产品的动作电流根据不同的规格为10-30毫安。据有关医学资料或物理电学知识介绍，即使电流不通过心脏，要确保触电时人身安全、也就是触电者能够自救的电流应小于20毫安。总之，漏电短路器的主要功能是在较窄的工作环境中防止漏电，附带的功能是触电保护，其保护效果只能是减小人身伤亡的概率而无法确保人身安全。
本发明为了解决好上述的许多问题，在中国专利申请87106054的f型温电效应管的基础上，接入第二根触液电极形成一种新的自动化工作核心，并配合工作状态调节装置同特定的电极连接方式及其辅助件组成多功能全自动的保险器。多功能的目的1、电器没工作时或者包括电器在内的整个电路有故障时，本发明保护维修人员带电做业或其他人员各种不慎触电形式的人身安全;2、防止合闸初导通时冲击电流过大;3、消除短路引起火灾的危险;4、能在排除故障后的一定时间内自动复通供电;5、具有限流继电的功能。根据本发明的这些功能，还可以附带出许多有益的实际作用，如各类家用电器的专门保护，超高压电网的自动化控制等。
本发明是如下实现的。
首先，在核心元件的结构组成方面一、它即可以是具有波纹管等可调性的直管式f型构造管，也可以是由上、下两个泡室组成的c形状的f型构造管，如果上、下泡室具有相同半径时则是哑铃球式f型构造管;二、在f型三极构造的基础上，再接入1-2根触液电极，从而构成按顺序排列的a、b、c、(d)、e个电极的可调式温电效应管，一般触液电极d不接入，只有在必要时作为b电极的辅助电极，所以本发明主要以4根电极的f型温电效应管为核心，特殊用作时也有以5根电极的f型管为核心;三、a、b两电极组成开关电极，b又是调阻电极，c、e电极都是触液电极(当存在辅助电极d时，则d代替b成为调阻电极)，调阻功能是在b(d)与c、e之间形成的，为了配合波纹管伸缩量的变化，其下(末)端的e又是弹性或弹簧电极;四、根据实际需要，开关电极的a-b之间的开关区间，除设置在直管型的上端外，还可以设置在上泡室内或上下泡室联通的柄腔中;五、开关电极处的管内(上泡室)真空区是这样一个稀有(惰性)气体的低气压，当管内温度升到与外界温差为某一个定值或定值区间时，真空区的低压强转变为等于或大于管外气压的高压强;六、在稍高电压上使用的本发明装置，核心元件的b、c、e或c、d、e电极各自串接有特定阻值的电阻，a电极只有在特殊条件下才串接一个较小的电阻。
在电路接法方面七、b为本发明装置的输入电极，如果有辅助d电极，则b、d并联一起为输入端;八、沿核心管的中轴线附近，距金属波纹管下的e电极为一个小距离的地方，设置一个同地线相联的又可以微调该距离的金属螺钉旋钮;九、a、c电极并联一起为本发明装置的输出电极即输出相线，当短路故障发生时，则a、c、e形成并联电极。
在配合核心工作的辅助部件方面十、为把温电效应管这一核心部件安全地固定到外壳(罩)内，除了固定架外，还有故定夹中由塑料、橡胶或其它软弹性材料制造的垫环;十一、微调节器是重要的辅助部件，它不仅用来校定导电液在标值点上的零状态位置，而且还可以根据实际需要，用来大范围地调节限流继电功能所控制的电流大小，以及调整本发明适用于很大气温变化的环境，如赤道热带或极地寒带的气温环境;十二、对于波纹管或活塞式的可调性机械伸缩部件，微调节器一般采用机械动作的螺旋微调部件，主要由螺母架及螺管微旋钮组成，此外对其它的伸缩部件，还可以采用不同的机械方式或自动方式完成微调;十三、整个总装的外壳或外罩是利于热空气对流的盒形部件，其主要部分是金属导体，它通过金属螺钉旋钮或其它位置与地(零)线相接。如果本发明装置是应用于某个电器设备上，关于十三的保护外壳或外罩可以取消，但是它应有一个利于散热的环境。
本发明装置的工作电路如
图1A所示。以日常用电或普通工业用电为例，其多功能的保险是-这样实现的。
1、确保人身触电安全无论人体与相线构成的是回路触电还是Y字型触电，这一功能只有在工作电器未起动时，或者电路-电器发生短路故障以及超限流断电时才有效。这时，本发明输出的相线电压均很低，触电电流可保证小于20mA。在工作电器未起动的时候，因为人的不慎造成了各种触电回路都必须与b、c或d、c的电极电阻串联，此时受串联电阻压降的作用，流经人体及回路的电流都很小，所以很难使a、b开关电极导通;由于现代家电的功耗变化范围很大，每支电器可以从几瓦到几百瓦甚至上千瓦，为了满足给小功率的家电正常供电，家庭电路上的本发明装置是可以用20mA的触电电流接通a、b开关电极的，但是接通前会有一个足够保证触电者自己摆脱危险的延迟时间。延迟时间的提供是由于小电流在温电效应管内产生的电热效应较小，使导电液要用一定的膨胀时间才能接通a、b开关电极的。在短路故障或限流断电发生的时候，输出线路上的电压会比未起动电器时的电压还低，以致于完全短路时故障点外围的输出线电压为零，所以触电时也就越不用担心人身安全了。
2、防止合闸时冲击电流过大起动电器时，开关或闸刀刚接通的瞬间是由b(d)、c电极同电器串联构成的回路，此刻由于b或d同c电阻串联电压降的影响，则不会产生过大的冲击电流。此后，导电液的膨胀上升使调阻阻值减小到只有c电阻的电压降供电，导电液的再上升就完成了a、b开关电极的导通，使电器最终处于正常的工作状态。这一从低电压逐步升至正常供电电压的过程，虽然在短时间内完成的，象大功率家电一般不超过几秒的时间，但是它对冲击电流的减小却可以达到原来的十多分之一至几十分之一，甚至不足百分之一。此外，电路或电器处于完全短路或部分短路状态而没被发现，这时去接通开关或合上闸刀，就会产生前面说过的十分危险的巨大冲击电流。对于这种危险状态，一般的保险器件都是在形成了巨大的冲击电流之后才烧毁或象热继电器那样断开，而这些保险的反应却在危险发生了之后-传统保险的效果只是阻断危险(如引起火灾)的延续。当本发明装置遇到这种情况时，由于温电效应管内电阻压降的影响，仍然不会形成有害的冲击电流，并且随着合上闸刀，会很快的自动完成从小电流到大电流、再向短路保险状态的过渡。
3、防止短路起火本发明不仅在上述的合闸-短路状态可以阻止冲击电流过大，而且在a、b开关导通处于工作状态的时候，若发生着短路故障，依然可以防止大电流引起的线路火灾。无论何种情况发生的短路，都有一个在a、b开关电极间通过大电流的瞬间，这一时刻，沟通a、b开关电极的金属液导体已处于整个短路回路的最热点、最敏感的状态中，因此短路造成的大电流首先使a、b的部分液导体汽化，并迅速热化温电效应管，尤其是上部的低气压室-结果，低气压室的压强同时也就大于管外气压的压强，随之推动波纹管伸长，并使导电液下降断开a、b开关。波纹管的伸长使下端的e电极与微调接地的金属旋钮接通，这一势态构成了c极、e极电阻并联之后又与b(d)极电阻串联的负载回路，而这一负载是在核心管上形成的，并且负载的电热足以维持这一管内构成的回路不变。由此可见，合闸-短路态的短路实际是一种假短路，故对合闸时的附近操作人员没有危险;而工作时发生的短路，或者说a、b导通时发生的短路才是真短路，然而a、b开关导通的时刻也就是为短路做好应变准备的时刻，也是整个回路最敏感的时刻，因此也没有引起火灾的危险。再一方面，短路时的相线与零线一样处于零电位状态。
4、自动复通短路故障发生时或电流超限额时，本发明在管内形成了负载回路，这时只有在故障排除后，即c极的输出相线与零线断开或与超负载工作器断开(也可以减小超负载的电负荷)之后，才形成了b(d)与e串联的新的管内回路;这一新回路的管内电功热不足以继续维持住这一状态，管内的温度同压强便开始下降，最终使a、b开关电极自动导通或重新回到未开启工作器的供电状态。由于管内的热扩散同压强下降不是很快进行的，所以在故障排除后的自动复通，一般需十多秒到几十秒，以至更长的时间，这就为排除故障的人员脱离相线留有足够的时间。对于本发明的通用装置，自动复通相线的电压是逐渐上升的，这也会给迟留相线的人员以最后离开时 告警信号。
5、限流继电当电流超负荷时，限流断电往往同短路故障的情况一样，只有当实际的电流值稍超过限流值或在限流值上起伏波折时，自动处理的情况才与短路情况不一样，也就是在这种状况中，开关电极a、b容易发生断续现象。断续现象的结束，只有在再次试接通时的电流量小于限流值或更大时，前者则恢复正常供电，后者则自动处于短路状态。
本发明与现有保险装置相比，除了功能多、自动化处理故障能力强外，还有通过这五大功能表现出的-显著的优点。1、在电器没起动时或故障发生时，无论是何种回路的触电都可以确保人身的安全，因为这时正是维修人员与电路、电器接触的主要时候，也是触电伤亡最多的时候，这点即是漏电断路器没有的功能，也是其它传统保险无法相比的优点。2、从短路故障的排除到自动正常供电约需十多秒以上的时间，这时间会给带电作业提供安全操作的方便，这个功能是现有技术没有的。3、防止冲击电流过大，尤其是用一个本发明装置保安一台电器时，不仅能有效地防止冲击电流火花的危害，阻止电火花击伤合闸的人员，而且还能减少所控制的真空电器的老化，成倍地延长它们的使用寿命，减小冲击电流的好处，也是一些电机设备欢迎的;这一功能也可以防止不正常的间续供电对电器设备产生的坏处。4、防止冲击电流过大，让合闸时微小电火花的形成降低到最低限度，以致完全消除电火花，这一功能为在易燃易爆的环境中使用本发明，提供了安全的保险。5、短路起火，这是电引起火灾的一个主要方面，本发明能够有效地自动处理短路故障，这对消除这方面的火灾危害具有十分突出的优点;由于本发明是通过导电液接通a、b开关的，所以它比现有的热继电器利用固态热敏感部位处理短路或处理电流超限更为灵敏有效。6、自动复通的功能，不仅有效地解决了人们换修保险的麻烦，也给那些怕电的人们尤其是怕动电的家庭主妇解除了不便之忧。这一优点，是现有的保险装置无法相比的。7、自动复通，除了对家庭自动化供电有好处，而且对大型电网的自动化控制也会有重要的益处;特别是，本发明对超高压输电线的无人控制和自动保险，提供了可以选择的手段。8、在限流继电上，优点5只说明了本发明比现有热继电器灵敏的方面，另一方面，本发明的开关断通是在管内完成的，所以不会产生现有的继电器那种有害的电火花。9、根据本发明的多功能同自动化的优点，以及核心元件即可以大型化、又可以微形化的特点，让它在某些特殊的领域或者某些专门的设备上，一定能发挥独特的作用。例如可考虑应用于昂贵的计算机集成线路板以至于集成芯片的保护，海底高压输电电缆的保护。
根据电路原理图和各个附图所示，对本发明做进一步地说明。
图1A是根据4根电极的本发明装置绘制的工作电路示意图。〔1〕端是输入相线同输入零线，〔2〕端是输出相线同零线，〔3〕是本发明装置的核心-温电效应管，它有a、b、c、e4个电极，其波纹管〔4〕，导电液〔5〕，上泡室〔6〕，下液(泡)室〔7〕，柄腔部〔8〕;下面是闸刀或电器开关〔9〕，工作电器〔10〕。图1B是本发明装置的电路图专用符号，〔11〕表示管体及其电极，符号内a、b电极端各有一个小圆圈表示由这两个电极组成的开关电极，〔12〕的弹簧符号即表示可以机械伸缩的波纹管，也表示e电极是一种弹性电极。这些符号的示意，扼要地说明了本发明装置的几个要点;此外，如果有d电极，则还要在管体上加一根电极引线的示意符。
在实际应用的许多方面，仅靠导电液构成电极的特定阻值还不可能达到要求，这时就要在管内电极上接入特制的电极电阻。一般，根据不同的需要，应用于约50V-100V以上的电网或电路的本发明装置，有关电极上就要接入特制的电阻。图2A就是本发明应用于110V-240V的不同标准的日常生活用电的温电效应管示意结构图。为了维持住家用小功率电器的正常供电，开关电极a、b处就要有较大的电功热，这一电功热就由a电极〔13〕上的特制电阻〔14〕提供。为了确保触电时的人身安全同其它功能的需要，b电极〔15〕上应有一个特定阻值的电阻〔16〕，c电极〔17〕上也应有另一个特定电阻〔18〕;在工作电器未开启前，〔16〕与〔18〕串联构成的电压降可确保触电者的安全，同样处于功能上的需要，弹性e电极〔19〕自身是电阻或者是串联一个特定电阻〔20〕。当有辅助电极d〔21〕存在时，它的特定电阻〔22〕就可以取代〔16〕，而b电极这时往往就是没有电阻的电极，如图2B。
考虑到波纹管〔4〕的造价比较高，而且它与玻管体〔7〕的牢固封接也不是一件易事，所以为了能在普通的电路、电器上使用本发明，对波纹管这样的伸缩体的改革是必要的。图3A是一种具有活塞式伸缩部件的温电效应管，它的微调节器可以同波纹管一样，不同部分是活塞室〔23〕，活塞〔24〕，活塞限位角或限位突体〔25〕，联通e极与下液室的活塞杆导体或半导体〔26〕，也可以说〔26〕是e极的一个部分。图3B是一种具有导电膜式的伸缩部件的温电效应管，它更为廉价简单，而调节器也可以减化设计成自动型的;〔27〕为导电膜，它可用特种金属、导电橡胶或导电塑料制做成球冠形，为便于工作，金属膜或导电塑料膜还应该成形为同心圆槽，〔28〕是受环境温度影响的热胀冷缩式或热缩冷胀式自动调节部件，〔28〕也可以是自动调节机构。这样一来，包括波纹管在内，本发明共可以选择三种不同伸缩部件的温电效应管为核心。这三者的比较特点是以波纹管构成的核心部件的灵敏度高，适用于大小功率的保险上;活塞式构成的核心部件灵敏度稍次于前者，这是因为活塞与活塞壁之间要严格密封，以保证任何时候管内与管外隔绝，优点是造价低，自身功耗小，也适用于大小功率的保险上，而且易于一般工艺生产、也比前者利于自动化的大生产;用导电膜构成的核心部件，优点是灵敏度好，造价低廉，易于各种条件的生产，不足点是导电橡胶(导电塑料)容易老化，又不耐电热高温，所以使用寿命短，并且只能应用于单电器或小功率的保险方面。
当b电极是调阻电极时，其电极出头〔15〕与电阻〔16〕构成的直角不利于生产中的制造，特别是由图4所示a、b电极的开关区〔29〕在柄腔时，生产制造就更为困难。这时，就要求把b极电阻设计成安置于柄腔内壁的膜电阻〔30〕;电阻膜〔31〕，绝缘防护层〔32〕，玻管柄壁〔33〕。
图5为本发明装置的结构总图。固定部件有固定夹垫环〔34〕，固定架〔35〕。导电液的指示温电效应管〔3〕的柄部零点刻度同调节范围〔36〕。微调节系统主要由螺母架〔37〕和螺管微旋钮〔38〕组成，为便于热对流，〔38〕下有气孔〔39〕，同时也为便于手动调节，〔38〕上端有一旋钮盘〔40〕;为配合微调节器的工作，该波纹管下粘接有阻挡盘〔41〕。〔42〕为微调节触e距离的金属螺钉旋钮，为便于手动调节这一螺钉，螺钉头上有碟形片〔43〕。在输入或输出相线中，为便于同地线相接的外壳绝缘，进线或出线孔均有绝缘橡胶防护垫〔44〕，〔45〕为输入或输出联接线;为保证壳内的良好热对流，外壳〔46〕上有小百叶窗口〔47〕或者其它透气孔。地线(或零线)〔48〕一般由普通螺钉〔49〕固定于〔46〕的任何部位。
本发明的最好实现方式，各个部分是1、电极与导电液，电极〔13、15、17、19、21〕选用不锈钢、钛、钨及其钨合金材料等，电极电阻〔14、16、18、22〕选用钛的同系氧化物TinO2n-1或者碳的合成型半导体电阻材料，e极电阻〔20〕选用高电阻率金属材料，中、小功率上的本发明装置的导电液选用汞或汞铊合金，大功率的则可以选用碱金属导电液等;2、图3A型装置，活塞〔24〕选用与玻管体〔3〕相同热胀系数的电真空玻璃，〔26〕可选用高电阻率金属材料、碳的合成型半导体材料或其它高电阻率的导电材料;3、导电橡胶膜与玻管体采用粘接方式或弹性紧锢方式封接。
在应用方面，本发明的最好实施方式是4、波纹管式的温电效应管可应用于大、中、小功率保险的本发明装置中，但不适用于微型电路、电器上-主要是微型波纹管难以制造，也不适宜于超高压输电网上-主要是节能效果比另两种差;5、活塞式的温电效应管应用范围最广，它可适用于超、大、中、小、微的五个保险方面的本发明装置中，它用于超高压电网上，节能效果好，〔24〕带动e极的伸缩量大，而应用于微型保险方面，又易于制做;6、导电橡胶膜的温电效应管适用于小、微型功率保险的本发明装置中，特殊情况也可以适用于中型功率的保险上，它在小型、微型功率的保险上，具有灵敏度高的优点，所以主要利于用在精密电器的保安方面。
权利要求
1.一种自动电路、电器的保险装置，特别是一种由恒温电导互控普适效应管为核心元件的电网、电路或电器的多功能保险装置，其特征是4-5根电极的核心元件具有由波纹管[5]，活塞系统或导电膜[27]之一构成的因管内压强变化而可以伸缩的调节部件，元件的中部或柄部设有一个定位固定器，以及配合核心元件工作的一个微调器系统和一个与e极相对的接地触头[42]。
2.根据权利要求1所述的多功能全自动保险器，其特征是波纹管由不锈钢制造、活塞系统包括活塞室〔23〕、活塞〔24〕、活塞限位角〔25〕与活塞杆〔26〕，导电膜〔27〕由特种金属、导电橡胶或导电塑料制成的球冠形膜。
3.根据权利要求2所述部件，活塞室〔23〕同活塞〔24〕为同样的热膨胀系数材料，活塞杆〔26〕为高电阻率的金属材料或其它半导体材料，导电液〔5〕与e极由导体或半导体的活塞杆(芯)〔26〕接通，金属或塑料制的导电膜为同心圆槽形成的球冠表面。
4.根据权利要求1所述的多功能全自动保险器，其特征是管体〔3〕分直管形，哑铃球形或上下泡室非对称的葫芦形，相应地，开关标值点〔29〕位于直管形的上部，上泡室内或柄腔〔8〕内。
5.根据权利要求1所述的多功能全自动保险器，其特征是对于使用电压超过50-100伏特的本发明，其多数电极以至全部电极拥有自己的串接电阻〔14、16、18、20、22〕，而固定器由垫环〔34〕、固定夹和固定架〔35〕组成，微调节系统由螺母架〔37〕，螺管微旋钮〔38〕以及粘接于波纹管〔5〕下端或活塞杆下端的阻挡盘〔41〕同调节指示范围〔36〕组成，或者由自动调节器组成，触头〔42〕为可以调节对e极距离的螺钉。
6.根据权利要求5所示的多功能全自动保险器，其特征是b极电阻〔16〕或d极电阻〔22〕由线材电阻丝或者腔壁内的电阻膜〔31〕构成，a电极〔13〕和b电极〔15〕是开关电极，e极由高电阻率的合金材料或半导体材料制成，其它a，b，c，d4个电极电阻由钛的同系氧化物或者碳的合成形半导体材料制造。
7.根据权利要求5所示的多功能全自动保险器，其特征是螺管微旋钮〔38〕上有热气对流孔〔39〕和旋钮盘〔40〕，调节范围有零点刻度同上下限值刻度，自动调节器由随环境温度做特定线性变化的〔28〕部件和固定端组成，〔42〕螺钉头设有可以手动调节的碟形片。
8.根据权利要求1和权利要求6所述的多功能全自动保险器，其特征是b电极〔15〕或者b电极和d电极〔21〕一起并联为输入电极，a电极〔13〕同c电极〔17〕一起并联为输出电极，e电极〔19〕为故障时触地保护的弹性电极。
9.根据权利要求1所述的多功能全自动保险器，其特征是导电液〔5〕为汞，汞铊合金或碱金属类，真空室〔6〕为低压惰性(稀有)气体，其压强值在故障发生时大于外界压强值。
10.根据权利要求1所述的多功能全自动保险器，其特征是接地〔48〕的保护罩〔46〕有多个小百叶窗口或其它热气交换口〔47〕。
全文摘要
多功能全自动保险器是以中国申请号87106054的温电效应管为核心，结合特定的电极连接方式同工作状态调节装置及辅助件组成的电路-电器保险器，其多功能是通过f管的温、电、压的相互关系反应电路中的各种故障和不利情况，自动地完成其保险措施。在日常和工业用电上，它具防短路起火、减缓初导冲击电流、自动复通和限流断电等功能。
文档编号H01H87/00GK1036293SQ8810172
公开日1989年10月11日 申请日期1988年3月29日 优先权日1988年3月29日
发明者周胜刚 申请人:周胜刚