CN109888724A - 一种具有安全补偿的快速开断装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有安全补偿的快速开断装置，包括铜极和电控触发器，所述铜极包括熔断片和电控触发部，所述电控触发器对应于所述电控触发部用于在电流异常时切断所述电控触发部来使所述铜极断路，所述铜极通过一断缝一分为二，所述熔断片通过连接所述断缝来使断开的所述铜极相互连接，在所述铜极上的电流超过设定电流时，所述熔断片会熔断而使所述铜极断路。本发明的有益效果：能够在电动失效后电流超过额定值时及时且安全的切断电路。
Description
技术领域
本发明涉及开断器技术领域，尤其涉及一种具有安全补偿的快速开断装置及系统。
背景技术
随着强电工业(如电动汽车)的快速发展，其电力系统在运行的过程中，遇到了如下瓶颈难题：正常工况下，百米加速可在3s内完成，或者连续上陡坡，使得其加速阶段或爬坡的电流可高达3倍额定电流以上，脉宽数十秒；故障工况下，当锂电池处于低容量低温度状态时，短路电流峰值最低至4倍额定电流以下。因此这两种工况之间极小的电流差异，对于短路保护设备提出了极高的选择性要求。
已有现有技术采用监测电流并且在发现异常电流时通过电控设备和开断设备来切断电流的技术方案，但是现有的技术方案中完全依靠监测设备(监测电流)和/或电控设备，存在着在危机情况下监测设备等失效的安全风险，在强电领域，若不及时切断异常电流将会造成巨大的损失和破坏。而采用人工直接物理性的切断强电流危险系数极高。
就该问题，各大知名传统电力系统保护企业均无较好的解决办法，急需一种具有安全补偿的快速开断装置来妥善解决强电系统保护遇到的瓶颈难题的技术方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种具有安全补偿的快速开断装置及系统，能够在电动失效后电流超过额定值时及时且安全的切断电路。
本发明的实施例提供一种具有安全补偿的快速开断装置，包括铜极和电控触发器，所述铜极包括熔断片和电控触发部，所述电控触发器对应于所述电控触发部用于在电流异常时切断所述电控触发部来使所述铜极断路，所述铜极通过一断缝一分为二，所述熔断片通过连接所述断缝来使断开的所述铜极相互连接，在所述铜极上的电流超过设定电流时，所述熔断片会熔断而使所述铜极断路。
进一步地，所述铜极被垫板支撑，所述垫板上开设有正对所述断缝的灭弧槽，所述灭弧槽内收容有灭弧材料。
进一步地，所述熔断片为银片，位于所述铜极的下方或者上方且覆盖所述断缝的开口，或者所述熔断片卡在、焊接在、铆插在、压接在或者螺钉安转在所述断缝之中；或者所述熔断片为薄铜片且与所述铜极为一体结构。
进一步地，所述电控触发器包括电控板和与所述电控板关联的开断器，所述电控板上设有用于检测流经所述铜极的电流大小的电流传感器、与所述电流传感器连接的能够判断电流是否异常的微处理器和与所述微处理器连接的放电电路，所述放电电路中包括能够放电点火的储能电容，所述储能电容与所述气体发生装置关联用于在所述微处理发出电流异常信号时引爆所述气体发生装置而使其触发；所述开断器包括内部具有腔室的绝缘本体和设于所述腔室的气体发生装置，所述电控触发部包括设于所述铜极上的易断部，所述易断部正对所述气体发生装置且位于所述腔室的开口外，所述气体发生装置被触发后产生的气流可以通过切断所述易断部来使所述铜极断路。
进一步地，所述铜极包括第一铜极和第二铜极，所述第一铜极上具有所述断缝，还具有通孔，所述第二铜极具有凸柱，所述通孔的一侧正对所述腔室，另一侧正对所述凸柱，所述凸柱的横截面小于所述通孔的横截面，所述易断部、所述通孔和所述凸柱共同构成所述电控触发部，所述易断部覆盖所述通孔的开口或者位于所述通孔内，所述第一铜极和所述凸柱通过所述易断部连接。
进一步地，所述开断器还包括设于所述腔室内的开断栅片和位于所述开断栅片和所述气体发生装置之间的刚性活塞，所述开断栅片具有能够切断所述易断部的且为筒状的开断壁，所述开断壁上的用于切断所述易断部的端部的剖面尖角为锐角，所述开断壁的外表面凸设有一圈止挡部，位于所述止挡部一侧的开断壁位于所述腔室、另一侧的开断壁伸入所述通孔内，所述止挡部被所述第一铜极的表面支撑。
进一步地，所述开断栅片还具有基座，所述开断壁自所述基座的一侧延伸，所述基座的另一侧朝向所述刚性活塞，所述开断壁的内侧与所述基座的连接处设有能够分散应力的弧形部。
进一步地，所述凸柱外表面套设有灭弧栅片，所述灭弧栅片由多个弹性垫圈和刚性绝缘垫圈在所述凸柱的轴向上交叉堆叠组成，所述第二铜极还具有板状部，所述板状部的一端伸出所述垫板为接脚，另一端卡入所述垫板内且与所述凸柱垂直连接，所述灭弧栅片与所述板状部之间夹有绝缘垫片；所述绝缘垫片与所述第一铜极之间设有绝缘块，所述绝缘块中间开设有贯孔，所述灭弧栅片设于所述贯孔内。
进一步地，所述电控板上设有与外界控制器连接的对外接口，所述对外接口连接所述放电电路，以将外界的点火指令传至所述放电电路使所述放电电路放电引爆所述气体发生装置。
进一步地，所述易断部上设有一圈易断压痕或者设有一圈镂空孔，所述开断壁对准所述易断压痕或者所述镂空孔，所述气体发生装置被触发后产生的气流可以通过切断所述易断压痕或者所述镂空孔来切断所述易断部。
本发明的实施例提供一种具有安全补偿的开断系统，包括铜极和电控触发器，所述铜极与灭弧熔丝并联，所述铜极包括熔断片和电控触发部，所述电控触发器对应于所述电控触发部用于在电流异常时切断所述电控触发部来使所述铜极断路，所述铜极通过一断缝一分为二，所述熔断片通过连接所述断缝来使断开的所述铜极相互连接，在所述铜极上的电流超过设定电流时，所述熔断片会熔断而使所述铜极断路。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的具有安全补偿的快速开断装置及系统，其铜极上同时具有熔断片和电控触发部，二者之一断开均能使所述铜极断路从而切断所述铜极上的电流，在所述电控触发器失效的情况下，所述熔断片是所述开断装置的又一安全防线，从而能够提供安全系数，降低安全隐患。而且所述熔断片在电流超过额定值时自动熔断，从而无需在增加人为作用，从而进一步增加安全性能，提供更高的安全保障，解决了现有技术中的技术难题。
附图说明
图1是本发明具有安全补偿的快速开断装置的分解示意图；
图2是图1组合后的剖视图；
图3是图1的爆炸图；
图4是图3中的开断栅片的剖视图；
图5是图3中的易断部的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1至图3，本发明的实施例提供了一种具有安全补偿的快速开断装置，具有三合一开断的作用，主要包括铜极1和电控触发器，所述铜极1包括能够在电流超过额定值时自发熔断的熔断片8和能够被所述电控触发器切断的电控触发部，所述熔断片8和所述电控触发部二者之一断开时均能使本发明所述的具有安全补偿的快速开断装置断路。
具体地，所述铜极1包括第一铜极11和第二铜极12，所述第一铜极11与所述第二铜极12可以为一体结构，也可以为相互独立的结构，本实施例中以相互独立的结构为例进行说明，但是不以此为限。
所述第一铜极11通过一断缝111一分为二变成两第一子铜极，所述熔断片8通过连接所述断缝111来使断开的两第一子铜极相互连接，正常境况下，电流会依次通过其中一第一子铜极、所述熔断片8和另一所述第一子铜极。优选其中一所述第一子铜极为弯折的Z形结构，其一端具有接脚，另一端为所述断缝111的一断面；另一所述第一子铜极为板状结构，其一端为所述断缝111的另一断面，另一端通过所述电控触发部与所述第二铜极12连接。
所述第一铜极11和所述第二铜极12均被同一垫板4支撑，所述垫板4上开设有正对所述断缝111的灭弧槽41，所述灭弧槽41内收容有灭弧材料，所述灭弧材料可以选自石英砂、硅胶、三聚氰胺、玻璃中的一种或者其任意组合，所述灭弧材料的形态可以是颗粒状、棒状、中空管状或筒状等形态，优选所述灭弧材料填充于所述灭弧槽41的底部，且并未完全填充满所述灭弧槽41。
优选所述熔断片8为银片，该熔断片8位于所述铜极1的下方靠近所述灭弧槽41且覆盖所述断缝111的开口，但是不排除所述熔断片8位于所述铜极1的上方且覆盖所述断缝111的开口的可能，根据需要所述熔断片8还可以通过卡在、焊接在、铆插在、压接在或者螺钉安转在等方式位于所述断缝111之中并且连接断开的两部分；在其他实施例中，所述熔断片8为薄铜片且与所述铜极为一体结构。由于所述熔断片8的厚度远小于所述第一铜极的厚度，非常薄，所以在流经的电流超过额定值时很容易发热熔断，由于应用于强电领域，所述熔断片8在熔断时可能会产生电弧，若产生了电弧，在熔断片8靠近所述灭弧槽41的前提下(其他位置类似，只是效果可能没有这个好)，电弧会自动进入所述灭弧槽41与所述灭弧槽41中的灭弧材料接触，这些灭弧材料能够快速降低所述电弧的温度且能够增大所述电弧的弧阻，从而起到快速灭弧的作用。
所述熔断片8一般只在所述电控触发器失效、且电流超过或者达到设定电流时才熔断，所以所述熔断片8主要用于强电流保护，在电流发生异常且电流大小小于额定值时，采用电控触发器来保护电路，所以所述电控触发器主要用于小电流保护(低于设定电流的电流)。所以本发明所述的具有安全补偿的快速开断装置能够在电流异常但所述电控触发器发生故障时有效的阻止电流继续增大而造成安全事故。
所述电控触发器包括电控板22和与所述电控板22关联的开断器21。所述电控板22设于电控外壳222内，所述电控板22上设有用于检测流经所述铜极1的电流大小的电流传感器、与所述电流传感器连接的能够判断电流是否异常的微处理器和与所述微处理器连接的放电电路。所述电流传感器包括霍尔元件，该霍尔元件与所述第一铜极11非接触式关联，且通过感应所述第一铜极11周围的磁场变化来产生感应电流，所述霍尔元件与所述微处理器连接，用于将其产生的感应电流传至所述微处理器中进行处理和分析，若所述微处理器发现该感应电流属于异常电流范围内，则向所述放电电路发出点火指令。
所述开断器21包括内部具有腔室215的绝缘本体211和设于所述腔室215的气体发生装置212，所述电控触发部正对所述气体发生装置212且位于所述腔室215的开口外。所述放电电路中包括能够放电点火的储能电容，所述储能电容与所述气体发生装置212关联用于在所述微处理发出点火指令时引爆所述气体发生装置212而使其触发产生高压气流。
所述第二铜极12包括板状部121和凸柱122，所述垫板4上具有卡槽42，所述板状部121的一端伸出所述垫板4为接脚，另一端卡入所述卡槽42且与所述凸柱122垂直连接，所述第一铜极11通过易断部7与所述凸柱122连接，
请参考图1至图3和图5，所述第一铜极11上具有所述断缝111，还具有通孔，所述通孔的一侧正对所述腔室215，另一侧正对所述凸柱122，所述凸柱122的横截面小于所述通孔的横截面，所述易断部7、所述通孔和所述凸柱122共同构成所述电控触发部，具体地，所述易断部7为银片，覆盖所述通孔的开口或者位于所述通孔内，所述凸柱122抵顶着所述易断部7，为了增加切断所述易断部7的容易度，所述易断部7上设有一圈易断压痕或者设有一圈镂空孔71，所述易断压痕或者所述镂空孔71位于所述凸柱122的抵顶范围之外且位于所述通孔之内或者位于所述通孔的投影范围之内。
在其他实施例中，所述气体发生装置212被触发后产生的气流可以直接冲断所述易断压痕或者所述镂空孔71来冲断所述易断部7，所述易断部7断开，则所述第一铜极11与所述第二铜极12的电连接断开。
请参考图2至图4，在本发明所述的实施例中，所述开断器21还包括设于所述腔室215内的开断栅片214和位于所述开断栅片214和所述气体发生装置212之间的刚性活塞213，所述开断栅片214具有能够切断所述易断压痕或者所述镂空孔71的且为筒状(如圆筒、方筒、异形筒等)的开断壁b，所述易断部7位于所述开断壁b与所述凸柱122之间，所述开断壁b对准所述易断压痕或者所述镂空孔71，所述开断壁b的投影形状与所述易断压痕或者所述镂空孔7的整体形状一致。所述开断壁b的外表面凸设有一圈止挡部c，位于所述止挡部c一侧的开断壁b位于所述腔室215、另一侧的开断壁b伸入所述通孔内，所述止挡部c被所述第一铜极12的表面支撑。所述止挡部c能够防止所述开断栅片214在自身重力或者其他干扰之力的作用自动下沉切断所述易断部7。一楔圈卡在所述通孔壁与所述开断壁b之间用于固定所述开断栅片214，所述楔圈用于防止所述开断栅片214在自身重力或者其他干扰之力的作用自动下沉切断所述易断部7或者自动退出所述通孔。即本实施例中采用所述气体发生装置212被触发后产生的气流来推动所述刚性活塞213和所述开断栅片214运动，进而通过所述开断栅片214来切断所述易断部7。
所述刚性活塞213采用金属或者刚性非金属制成，具有较大的刚度，能够承受所述气体发生装置212被引爆时的冲击力，优选所述气体发生装置212为火工品。由于气体发生装置212被引爆后产生大量气体，这些气体很可能具有导电性，为了防止这些气体接触所述第一铜极11和所述第二铜极12从而使所述易断部7断开后，所述第一铜极11和所述第二铜极12在该气体的作用仍电连接从而不能切实的实现断路，所述刚性活塞213上设有阻止气体流向所述铜极1的密封圈。
所述开断栅片214绝缘，还具有基座a，所述开断壁b自所述基座a的一侧延伸，所述基座a的另一侧朝向所述刚性活塞213并且抵顶所述刚性活塞213使所述刚性活塞213紧靠所述气体发生装置212，所述开断壁b的内侧与所述基座a的连接处设有能够分散应力的弧形部d，防止在所述气体发生装置212引爆时所述开断栅片214因应力集中而毁坏。所述开断栅片214不仅能够切断所述易断部7，还能防止所述易断部7被切断时产生的电弧朝向所述气体发生装置212，使电弧超向背向所述气体发生装置212的一侧。
所述凸柱122外表面套设有灭弧栅片5，所述灭弧栅片5由多个弹性垫圈51和刚性绝缘垫圈52在所述凸柱122的轴向上交叉堆叠组成，所述灭弧栅片5与所述第二铜极12的所述板状部121之间夹有绝缘垫片9。所述刚性绝缘垫圈材质52较硬，用于支撑所述弹性垫圈51，所述弹性垫圈51具有灭弧作用，且所述灭弧栅片5的内侧凹凸不平，该凹凸不平的结构能够增大爬电距离，从而进一步有助于灭弧。
所述绝缘垫片9与所述第一铜极11之间设有绝缘块6，所述绝缘块6中间开设有贯孔，所述灭弧栅片5设于所述贯孔内。所述绝缘块6能够支撑所述第一铜极11，且所述绝缘块6的上表面与具有所述灭弧槽41一侧的所述垫板4的上表面平齐。
所述电控板22上设有与外界控制器连接的对外接口221，所述对外接口221连接所述放电电路，以将外界的点火指令传至所述放电电路使所述放电电路放电引爆所述气体发生装置212。在电流没有异常时，可以根据现场紧急情况通过所述控制器来断开所述易断部。
从而，本发明所述的具有安全补偿的快速开断装置可以在三种情况下开断：(1)电流异常，且所述电控触发器完好时通过自发控制来使所述开断器21来断开所述易断部7；(2)电流正常，且所述电控触发器完好时通过外部控制(控制器控制)来使所述开断器21来断开所述易断部7；(3)电流异常(电流超过或者达到设定电流)且所述电控触发器故障时，所述熔断片8自发熔断来断开所述铜极1。
从而本发明所述的具有安全补偿的快速开断装置具有三合一的功能，能够根据实际情况为用户提供三重保障，从而能够极大的提高安全系数、降低安全隐患、填补安全漏洞，并且解决了现有技术中的技术难题。
本发明的实施例还提供一种具有安全补偿的开断系统，与上述的具有安全补偿的快速开断装置的区别在于还包括灭弧熔丝31，所述灭弧熔丝31与所述铜极1并联，所述灭弧熔丝31的电阻远大于所述铜极1的电阻，所以在正常情况下电流主要从所述铜极1流过，所述灭弧熔丝31相当于断路。具体地，所述灭弧熔丝31的相对两端分别与所述铜极1的两个接脚焊接连接，所述灭弧熔丝31的主体收容于灭弧装配体32内，本实施例中，所述灭弧装配体32绝缘且位于所述垫块4的下方，但是不以此为限，在所述铜极1断开(熔断片8熔断或者电控触发部被切断)时，强电流改道流入所述灭弧熔丝31，所述灭弧熔丝31消耗能量并熔断，从而能够防止所述铜极1起弧，且彻底断开电路。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的具有安全补偿的快速开断装置及系统，其铜极1上同时具有熔断片8和电控触发部，二者之一断开均能使所述铜极1断路从而切断所述铜极1上的电流，在所述电控触发器失效的情况下，所述熔断片8是所述开断装置的又一安全防线，从而能够提供安全系数，降低安全隐患。而且所述熔断片8在电流超过或者达到额定值时自动熔断，从而无需在增加人为作用，从而进一步增加安全性能，提供更高的安全保障，解决了现有技术中的技术难题。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：包括铜极和电控触发器，所述铜极包括熔断片和电控触发部，所述电控触发器对应于所述电控触发部用于在电流异常时切断所述电控触发部来使所述铜极断路，所述铜极通过一断缝一分为二，所述熔断片通过连接所述断缝来使断开的所述铜极相互连接，在所述铜极上的电流超过设定电流时，所述熔断片会熔断而使所述铜极断路。
2.如权利要求1所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述铜极被垫板支撑，所述垫板上开设有正对所述断缝的灭弧槽，所述灭弧槽内收容有灭弧材料。
3.如权利要求2所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述熔断片为银片，位于所述铜极的下方或者上方且覆盖所述断缝的开口，或者所述熔断片卡在、焊接在、铆插在、压接在或者螺钉安转在所述断缝之中；或者所述熔断片为薄铜片且与所述铜极为一体结构。
4.如权利要求2所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述电控触发器包括电控板和与所述电控板关联的开断器，所述电控板上设有用于检测流经所述铜极的电流大小的电流传感器、与所述电流传感器连接的能够判断电流是否异常的微处理器和与所述微处理器连接的放电电路，所述开断器包括内部具有腔室的绝缘本体和设于所述腔室的气体发生装置，所述放电电路中包括能够放电点火的储能电容，所述储能电容与所述气体发生装置关联用于在所述微处理发出电流异常信号时引爆所述气体发生装置而使其触发；所述电控触发部包括设于所述铜极上的易断部，所述易断部正对所述气体发生装置且位于所述腔室的开口外，所述气体发生装置被触发后产生的气流可以通过切断所述易断部来使所述铜极断路。
5.如权利要求4所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述铜极包括第一铜极和第二铜极，所述第一铜极上具有所述断缝，还具有通孔，所述第二铜极具有凸柱，所述通孔的一侧正对所述腔室，另一侧正对所述凸柱，所述凸柱的横截面小于所述通孔的横截面，所述易断部、所述通孔和所述凸柱共同构成所述电控触发部，所述易断部覆盖所述通孔的开口或者位于所述通孔内，所述第一铜极和所述凸柱通过所述易断部连接。
6.如权利要求5所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述开断器还包括设于所述腔室内的开断栅片和位于所述开断栅片和所述气体发生装置之间的刚性活塞，所述开断栅片具有能够切断所述易断部的且为筒状的开断壁，所述开断壁上的用于切断所述易断部的端部的剖面尖角为锐角，所述开断壁的外表面凸设有一圈止挡部，位于所述止挡部一侧的开断壁位于所述腔室、另一侧的开断壁伸入所述通孔内，所述止挡部被所述第一铜极的表面支撑。
7.如权利要求6所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述开断栅片还具有基座，所述开断壁自所述基座的一侧延伸，所述基座的另一侧朝向所述刚性活塞，所述开断壁的内侧与所述基座的连接处设有能够分散应力的弧形部。
8.如权利要求5所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述凸柱外表面套设有灭弧栅片，所述灭弧栅片由多个弹性垫圈和刚性绝缘垫圈在所述凸柱的轴向上交叉堆叠组成，所述第二铜极还具有板状部，所述板状部的一端伸出所述垫板为接脚，另一端卡入所述垫板内且与所述凸柱垂直连接，所述灭弧栅片与所述板状部之间夹有绝缘垫片；所述绝缘垫片与所述第一铜极之间设有绝缘块，所述绝缘块中间开设有贯孔，所述灭弧栅片设于所述贯孔内。
9.如权利要求4所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述电控板上设有与外界控制器连接的对外接口，所述对外接口连接所述放电电路，以将外界的点火指令传至所述放电电路使所述放电电路放电引爆所述气体发生装置。
10.如权利要求4所述的具有安全补偿的快速开断装置，其特征在于：所述易断部上设有一圈易断压痕或者设有一圈镂空孔，所述开断壁对准所述易断压痕或者所述镂空孔，所述气体发生装置被触发后产生的气流可以通过切断所述易断压痕或者所述镂空孔来切断所述易断部。
11.一种具有安全补偿的开断系统，其特征在于：包括铜极和电控触发器，所述铜极与灭弧熔丝并联，所述铜极包括熔断片和电控触发部，所述电控触发器对应于所述电控触发部用于在电流异常时切断所述电控触发部来使所述铜极断路，所述铜极通过一断缝一分为二，所述熔断片通过连接所述断缝来使断开的所述铜极相互连接，在所述铜极上的电流超过设定电流时，所述熔断片会熔断而使所述铜极断路。
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