CN112582239B - 一种直流熔断器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流熔断器，包括：具有内腔的绝缘外壳；设置于所述内腔内的一体式铜排，所述铜排上设有沟槽；设置于所述沟槽上方的开断栅片和用于驱动开断栅片向下运动的气体发生装置；以及与所述气体发生装置连接的外部连接器，所述外部连接器用于在接收外部触发信号时触发所述气体发生装置，使所述气体发生装置推动所述开断栅片向下运动切断所述沟槽。本发明的有益效果：通过沟槽改变铜排被切断处厚度，使铜排在沟槽位置形成薄弱狭径处，开断栅片对沟槽进行挤压切断，响应速度快，解决传统熔断器在低过载电流下的保护盲区问题，实现从零开始的全范围分断，满足新能源市场的低压直流保护需求。

Description

一种直流熔断器

技术领域

本发明涉及直流电力系统保护装置技术领域，尤其涉及一种直流熔断器。

背景技术

熔断器是交流电路或直流电路中常用的短路电流的保护装置。现有的直流电力系统中保护装置大多使用的熔断器，例如Eaton Bussman生产的熔断器，采用的是电热累积的原理，当通过的电流产生足够的热量时，里面的金属导体熔断起弧，从而产生电弧电压，使短路电流下降。

但在当下最新的低压直流系统中(例如电动汽车，风电，机车等)，传统熔断器存在明显的低过载电流下的保护盲区问题以及保护速度的问题。例如，为保证其额定通流时的温升不会过高，传统熔断器在设计时会按照额定电流的2倍左右设计留下余量。根据其作用原理，其额定通流越大，意味其耐受电流能力越强，从而分断低倍过载电流能力越弱。一般传统熔断器最小分断电流在4～5倍额定电流，在4～5倍额定电流以下传统熔断器无法保护。

与此同时，在一些最新的电动汽车厂家的需求中提到，需要在汽车静止的时候进行保护，即在没有电流的情况下需要接受汽车传感器发出的指令进行分断，这一点对于传统熔断器是无法实现的。

而现有的其他新型熔断器/开断器，也存在价格昂贵，通流能力低，分断性能差等缺陷。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有熔断器存在的低过载电流下的保护盲区问题，本发明的实施例提供了一种直流熔断器。

本发明的实施例提供一种直流熔断器，包括：

具有内腔的绝缘外壳；

设置于所述内腔内的一体式铜排，所述铜排上设有沟槽；

设置于所述沟槽上方的开断栅片和用于驱动开断栅片向下运动的气体发生装置；

以及与所述气体发生装置连接的外部连接器，所述外部连接器用于在接收外部触发信号时触发所述气体发生装置，使所述气体发生装置推动所述开断栅片向下运动切断所述沟槽。

进一步地，还包括设置于所述沟槽下方的灭弧室，所述灭弧室内放置有灭弧材料。

进一步地，所述沟槽下方设有过弧缝隙，所述过弧缝隙的下端延伸至所述灭弧室内，所述开断栅片切断所述沟槽产生的电弧受挤压进入所述过弧缝隙被拉长，拉长的电弧电压增大使被切断的沟槽间的短路电流降低。

进一步地，所述灭弧材料上部设有与所述过弧缝隙相对的灭弧槽，所述灭弧室内受挤压的电弧进入所述灭弧槽内。

进一步地，所述沟槽为V形槽，所述开断栅片的底部为V形的尖刃。

进一步地，所述开断栅片下部设有板状的剪切部，所述剪切部的上部设有弧形的过渡面，所述沟槽与所述过渡面相抵用于限制所述开断栅片向下运动。

进一步地，所述铜排为直板形铜排，所述铜排的两端延伸出所述外壳。

进一步地，所述铜排的上表面和下表面同一位置处均设有所述沟槽。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种直流熔断器，一体式铜排上设置沟槽，通过沟槽改变铜排被切断处厚度，使铜排在沟槽位置形成薄弱狭径处，开断栅片对沟槽进行挤压切断，响应速度快，解决传统熔断器在低过载电流下的保护盲区问题，实现从零开始的全范围分断，满足新能源市场的低压直流保护需求。

附图说明

图1是本发明一种直流熔断器的立体图；

图2是本发明一种直流熔断器的俯视图；

图3是图2中的A-A剖面示意图。

图中：1-压盖、2-上外壳、3-下内壳、4-下外壳、5-铜排、6-开断栅片、7-气体发生装置、8-沟槽、9-内腔、10-过弧缝隙、11-剪切部、12-尖刃、13-灭弧室、14-灭弧材料、15-灭弧槽、16-过渡面。

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、2和3，本发明的实施例提供了一种直流熔断器，包括：

具有内腔9的绝缘外壳；

设置于所述内腔9内的一体式铜排5，所述铜排5上设有沟槽8；

设置于所述沟槽8上方的开断栅片6和用于驱动开断栅片6向下运动的气体发生装置7；

以及与所述气体发生装置7连接的外部连接器，所述外部连接器用于在接收外部触发信号时触发所述气体发生装置7，使所述气体发生装置7推动所述开断栅片6向下运动切断所述沟槽8。

具体的，请参考图1和3，所述壳体整体成圆柱状，由上至下包括均为绝缘材料的压盖1、上外壳2、下内壳3和下外壳4。所述上外壳2和所述下外壳4均为腔体结构，所述内腔9设置于所述上外壳2内部，所述内腔9为下端开口的圆柱腔体。

所述铜排5设置于所述下内壳3的上端，且所述下内壳3的上端与所述上外壳2紧固连接，所述上外壳2与所述下内壳3将所述铜排5夹紧固定，所述铜排5与所述内腔9下端口贴合。一般的所述铜排5的两端延伸出所述壳体接入被保护的主电路。

所述铜排5为一体化加工成型，所述铜排5的形状可以为多种，优选为直板形铜排，这样铜排5的整体电阻较小，流通能力强。

所述沟槽8设置于所述铜排5上表面，位于所述内腔9的下方。所述沟槽8具体为沿着所述铜排宽度方向的条形槽。优选的，所述沟槽8为截面为V形的V形槽，即所述沟槽8的两侧至中央所述铜排5的厚度逐渐减小。

请参考图3，另外还可以在所述铜排5的下表面也设置沟槽8，即在所述铜排上表面沟槽8的背部设置沟槽8，这样所述铜排5的上表面和下表面同一位置处均设有所述沟槽8，所述铜排5位于该沟槽8处形成明显薄弱狭径处，易于切断。可以通过激光切割技术在所述铜排5的上、下表面同时切割数道应力槽，使所述铜排的上、下表面同一位置处同时形成两所述沟槽8。

所述开断栅片6容置于所述上外壳2的内腔9内，所述开断栅片6恰好位于所述沟槽8的正上方。这里所述开断栅片6下部设有板状的剪切部11，所述剪切部11的底部为截面为V形的尖刃12，所述尖刃12位于所述沟槽8的上方且与所述沟槽8相对设置。

所述气体发生装置6设置于所述上外壳2的内腔9的顶部，所述上外壳2内腔9的顶部设有开口，所述气体发生装置7贯穿所述开口，所述上外壳2上端紧固连接所述压板1，所述压盖1压紧所述气体发生装置7使其固定。所述气体发生装置7的下部连接所述开断栅片6上端，所述气体发生装置7的下部为其输出端，触发后的所述气体发生装置7可推动所述开断栅片6向下运动。

所述外部连接器安装固定于所述封盖1上，所述外部连接器与所述气体发生装置7电连接。所述外部连接器可提供接口接收外部系统提供的触发信号，在接收外部触发信号时触发所述气体发生装置7。

所述下外壳4上端与所述下内壳3下端紧固连接，所述下外壳4内设有灭弧室13，所述灭弧室13设置于所述沟槽8下方。这里所述下内壳3上设有过弧缝隙10，所述过弧缝隙10设置于所述沟槽8向下延伸方向上。所述过弧缝隙10的上端与所述沟槽8相对、下端延伸至所述灭弧室13内。

在所述气体发生装置7被触发后，所述开断栅片6的剪切部11向下运动切断所述沟槽8，使所述主电路上的电流切断，被切断的沟槽8之间产生电弧，所述剪切部11挤压电弧进入所述过弧缝隙10使电弧拉长，进而会使电弧的电压和电阻增大，电弧的电压会超过主电路的额定电压，电弧的电压就会使通过的短路电流降低至过零。

另外为了限制所述剪切部11向下运动的距离，所述剪切部11的上部设有弧形的过渡面16，在所述剪切部11向下运动插入所述过弧缝隙10，所述过渡面16到达所述沟槽8上部时，所述沟槽8两侧与所述过渡面16相抵限制所述开断栅片6继续向下运动。

被所述剪切部11挤压的电弧进入所述灭弧室13内进行灭弧吸能。所述灭弧室13放置有灭弧材料14。进一步地，所述灭弧材料14上部设有与所述过弧缝隙10相对的灭弧槽15，所述灭弧室13内受挤压的电弧进入所述灭弧槽15内，由所述灭弧槽15进入所述灭弧材料14内部，使电弧迅速冷却熄灭，实现快速灭弧吸能。

请参考图3，上述直流熔断器的铜排5两端接入电力系统的主电路后，通过外部系统对主电路电流进行监测，在主电路发生电流短路时，所述外部系统通过外部连接器向所述气体发生装置7发送外部触发信号，进而所述气体发生装置7被触发推动所述开断栅片6向下运动，所述剪切部11切断所述沟槽8，断口处产生电弧，此时的电弧相当于连接所述沟槽8断口两侧的电阻，受所述剪切部11的挤压作用电弧进入过弧缝隙10被拉长，电弧的电阻增大，电压升高，形成高于该电力系统电压的过电压，过电压迫使所述主电路上的短路电流迅速下降直至过零，完成快速分断。

由于所述铜排5为一体式结构，其电阻相较于传统熔断器，仅为传统熔断器的1/5～1/10，相较于传统熔断器在低电流通过提高电阻来达到熔断目的，本申请中的熔断器通流能力远超传统熔断器，该熔断器单刀主要针对的是500V以下，10kA20uH以下的低电压小能量工况。另外由于所述铜排5的电阻小，在通过相同的额定电流的情况下，尤其是高电流情况下，所述沟槽8在被切断后产生的电弧能量小，分断速度更快，因此该熔断器可以满足从0开始到较高短路电流的全范围的快速分断。

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 (5)

1.一种直流熔断器，其特征在于，包括：

具有内腔的绝缘外壳；

设置于所述内腔内的一体式铜排，所述铜排上设有沟槽；

设置于所述沟槽上方的开断栅片和用于驱动开断栅片向下运动的气体发生装置；

以及与所述气体发生装置连接的外部连接器，所述外部连接器用于在接收外部触发信号时触发所述气体发生装置，使所述气体发生装置推动所述开断栅片向下运动切断所述沟槽；

该直流熔断器还包括设置于所述沟槽下方的灭弧室，所述灭弧室内放置有灭弧材料；所述沟槽下方设有过弧缝隙，所述过弧缝隙的下端延伸至所述灭弧室内，所述开断栅片切断所述沟槽产生的电弧受挤压进入所述过弧缝隙被拉长，拉长的电弧电压增大使被切断的沟槽间的短路电流降低；所述灭弧材料上部设有与所述过弧缝隙相对的灭弧槽，所述灭弧室内受挤压的电弧进入所述灭弧槽内。

2.如权利要求1所述的一种直流熔断器，其特征在于：所述沟槽为V形槽，所述开断栅片的底部为V形的尖刃。

3.如权利要求1所述的一种直流熔断器，其特征在于：所述开断栅片下部设有板状的剪切部，所述剪切部的上部设有弧形的过渡面，所述沟槽与所述过渡面相抵用于限制所述开断栅片向下运动。

4.如权利要求1所述的一种直流熔断器，其特征在于：所述铜排为直板形铜排，所述铜排的两端延伸出所述外壳。

5.如权利要求1所述的一种直流熔断器，其特征在于：所述铜排的上表面和下表面同一位置处均设有所述沟槽。

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