CN209766349U - 一种两段式耐受雷电流的熔断结构及采用该结构的熔断器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种两段式耐受雷电流的熔断结构及采用该结构的熔断器，用于设置在熔断器内当电流超过额定值熔断保护电路，包括与电极连接的第一阶段导体和与另一电极连接的第二阶段导体，所述第一阶段导体与第二阶段导体串联；所述第一阶段导体熔点高于第二阶段导体熔点，第一阶段导体通电发热并传递至第二阶段导体且温度高于熔点时第二阶段导体熔断断路。本实用新型使用了熔丝温度扩散技术、熔丝材料分阶组合技术、熔丝电感分阶抵消技术，能够承受较大的雷电流冲击不熔断、又能在小工频电流下熔断的特性。

Description

一种两段式耐受雷电流的熔断结构及采用该结构的熔断器

技术领域

本实用新型属于电气设备领域，具体涉及一种保护电路的熔断结构及其熔断器。

背景技术

熔断器是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器。熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化从而使电路断开，是运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

现在的电路雷电防护大量使用的SPD后备保护器，使用微断开关结构解决了耐受雷电流、工频小电流动作的技术问题，在国家铁路、通讯基站等行业应用取得了非常好的效果，但在直流防雷领域涉及到的SPD后备保护问题，还没有一个好的解决方案，在光伏、风力发电、直流供配电防雷领域还处于空白状态。目前直流电源防雷SPD后备保护器，依然使用熔断器或者配电使用的微型断路器(以下称MCB)，当SPD出现劣化遇到电源出现暂态过电压时极易导通，造成直流电电流流过SPD，由于导通的SPD存在内阻，通过的电流被限制在一个范围内(通常在100A上下)，导致熔断器或者MCB不动作或者延时动作，造成SPD起火。

雷电防护使用的SPD，目前配套的耐受雷电流的SCB、SSD做后备保护器解决了耐受雷电流、工频小电流动作的技术问题，但是体积大、成本高，在通讯领域，特别是5G基站设备防雷，板载防雷保护使用受到了限制。

现在市场上还有一款将熔丝绕成一个线圈，线圈两端并联一个间隙放电器构成了一个新型耐受雷电流的熔断器，由于直流电阻高、熔丝线圈两端并联一个间隙放电元件，体积比较大，难以用在板载线路保护，特别是不能用在直流电源防雷保护。

实用新型内容

为了解决现有技术中熔断器在小电流熔断、耐受雷电流不断的问题，本申请提供一种两段式的耐受雷电流的新型结构熔断器。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种两段式耐受雷电流的熔断结构，用于设置在熔断器内当电流超过额定值熔断保护电路，包括与电极连接的第一阶段导体和与另一电极连接的第二阶段导体，所述第一阶段导体与第二阶段导体串联；

所述第一阶段导体熔点高于第二阶段导体熔点，第一阶段导体通电发热并传递至第二阶段导体且温度高于熔点时第二阶段导体熔断断路。

值得说明的是，第一阶段导体和第二阶段导体仅用于区分熔断结构内存在且相互串联的两个不同结构，其区别点在于熔点的不同，但并未限定其具体的设置方式，本领域技术人员应当理解其左右方向颠倒或采用不同科技术语指代相同实质结构的区别均属于本实用新型的保护范围内。

首先，本实用新型是一种适用于熔断器中的熔断丝结构，能够有效的防止脉冲高频电流通过时熔断造成主电路发生故障。现有的熔断丝结构常常为单一均质的线型结构，与熔断器两端的电极连接形成串联结构。一旦承受过载电流，整个熔断丝会产生一定的热量致使其温度上升，当温度高于其熔点时，则会熔化或者气化(熔化或气化根据其温升时间而定，如果温度上升过快，则可能导致熔断丝气化)，从而形成断路，避免主电路受损。

使用熔断器做SPD后备保护器，在经受较大的雷电流通过时会直接熔断，造成整个电路断路，则无法发挥SPD的效果，同时维护成本较高。

而本实用新型是两段式结构设计，采用两种熔断温度不同的熔断丝串联结构，当通过额定工作电流时，两个阶段的熔断丝产生的热能未能使其温度升高至熔点。而雷电流是具有电流所具有的一切效应，不同的是，雷电流是持续时间短暂的高频的脉冲电流，高压脉冲足以使普通熔断丝熔断。

本实用新型第一阶段导体和第二阶段导体由于熔断温度、电阻不同，当通过雷电流时，因第二阶段导体电阻较小、发热量小，可通过设置合理的散热结构进行散热。第一阶段导体产生热量较高，故第二阶段导体温度升高主要由第一阶段导体传递过来的热量所致。

而第一阶段导体采用耐高温的材质熔丝，熔点较高。通过的雷电流虽然能量较大，但持续时间短暂，温度升高有限，熔丝不会熔断。但直接采用单一低熔点熔断丝，在正常的工频过载电流通过时，也不容易熔断。

本实用新型通过两段式结构，既能够减小雷电流通过时误断的情况发生，同时在普通过载电流通过时，所述第一阶段导体持续发热并传递至第二阶段导体处，而第二阶段导体一定时间内温度持续升高则会发生熔断。此时，第一阶段导体充当发热体，其熔点较高，不易熔断，而第二阶段导体接受第一阶段导体传递的热量发热熔断。既能够保证其过载电流通过时能够有效熔断保护主电路，同时避免雷电冲击时误断保证SPD持续有效。

进一步的，熔断结构还包括设置在第二阶段导体周围用于散热的散热结构，所述散热结构与第二阶段导体贴合散热。值得说明的是，所述散热结构即为一种能够散热的实体结构，泛指设置在对应位置处占据一定空间且具备散热效果的物质，包括结构和工质等。

第二阶段导体熔点较低，当第一阶段导体传递的热量造成其升温较大并超过熔点时，第二阶段导体则会出现熔化或气化。而散热结构为了避免因过快的温度升高导致其误断而设置的机构，直接包裹在第二阶段导体外侧，通过直接接触方式进行散热。当雷电流通过熔断结构时，第二阶段导体因电阻较小则产热较少，但第一阶段导体产生的热量会传递至第二阶段导体导致其温度升高。因为雷电流持续时间较短，但能量较大，则会导致第二阶段导体温度升高过快，此时散热结构能够将第二阶段导体产生的热量快速分散，从而可增加其稳定性，提高安全系数。

进一步的，熔断结构还包括设置在第二阶段导体周围用于散热的散热结构，所述散热结构与第二阶段导体之间设有绝缘介质进行热传递散热。

散热结构分为液体和固体两种方式，固体多采用绝缘的无机填充物，具有较好的热传递效率，同时又能够直接与第二阶段导体接触贴合散热。而液体则包括两种设置方式，可直接填充在绝缘外壳内并与熔断结构直接贴合的绝缘散热液体材料，一般为一种散热膏，具有一定的粘稠度。或者是装填在密封容器内放入熔断器内，与第二阶段导体接触，作为传递热量的绝缘介质，具有较高的热传递效率。

进一步的，所述第一阶段导体横截面面积大于第二阶段导体横截面面积。

进一步的，所述第一阶段导体横截面面积小于第二阶段导体横截面面积。

一种熔断器，内部采用上述中未限定散热结构的所述的两段式的熔断结构。

一种熔断器，内部采用上述限定有散热结构的所述的两段式的熔断结构。

进一步的，包括两端设有开口的中空结构的绝缘外壳，所述绝缘外壳两端设有用于封闭的端帽，端帽上可以设有电极；所述熔断结构设置在绝缘外壳内。

进一步的，所述散热结构为颗粒状的绝缘固体，被填充在绝缘外壳与熔断结构之间并均与所述第一阶段导体与第二阶段导体的外表面贴合。其中，颗粒状限定其为分散的固体组合而成，其颗粒一般为类球形结构，但粒径并未限定，包括大粒径的沙粒，或者小粒径的粉状物。

进一步的，所述绝缘外壳为玻璃或塑料或陶瓷材质。这里采用现有材料中最常用的三种材质，但简单的材料替换均落入本实用新型的保护范围内。

本实用新型使用了熔丝温度扩散技术、熔丝材料分阶组合技术、熔丝电感分阶抵消技术，能够承受较大的雷电流冲击不熔断、又能在小电流下熔断的特性，为板载SPD防雷配套提供了安全、有效的保证，本实用新型保持了熔断器耐振动、耐干扰、耐潮湿、体积小、寿命长的特点，在光伏、风电、铁路、电力、通讯等行业，交流、直流使用都有良好的安全效果。

熔断器通电时因电流转换的热量会使熔体的温度上升，在负载正常工作电流或允许的过载电流时，电流所产生的热量和通过熔体、壳体和周围环境所辐射/对流/传导等方式散发的热量能逐步达到平衡；如果散热速度跟不上发热速度时，这些热量就会在熔体上逐步积蓄，使熔体温度上升，一旦温度达到和超过熔体材料的熔点时就会使它液化或汽化，从而断开电流，对电路和人身起到安全保护的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是两段式熔断结构的熔断器电极为长方体薄片形状的外部轴测图；

图2是两段式熔断结构的熔断器爆炸结构示意图；

图3是两段式熔断结构的熔断器电极为铜爪状的外部轴测图；

图4是两段式熔断结构的熔断器电极为刃形头结构的外部轴测图；

图5是两段式熔断结构的熔断器侧面横截面图。

图中：1-第一阶段导体，2-第二阶段导体，3-散热结构，4-绝缘外壳，5-端帽，6-封底盖板，7-第三阶段导体，8-垫圈。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

首先，本实施例是一种适用于熔断器中的熔断丝结构，能够有效的防止脉冲电流通过造成主电路发生故障。现有的熔断丝结构常常为单一均质的线型结构，与熔断器两端的电极连接形成串联结构。一旦承受过载电流，整个熔断丝会产生一定的热量致使其温度上升，当温度高于其熔点时，则会熔化或者气化(熔化或气化根据其温升时间而定，如果温度上升过快，则可能导致熔断丝气化)，从而形成断路，避免主电路受损。但现在许多熔断器与SPD组合形成后备保护器，从而对整个电路进行综合保护。

如图1-5所示，本实施例是一种两段式耐受雷电流的熔断结构，包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联；第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积大于第二阶段导体2横截面面积。

而本实施例为两段式结构设计，通过采用两种不同的熔断丝串联从而达到较好的保护效果。第一阶段导体1是一种熔点较高且具有一定阻值的导电结构，其熔点高于1000℃，一般在2000℃左右，电阻率为5-50。而第二阶段导体2为熔点较低但阻值较低的导电结构，其熔点一般为50-500℃，而电阻率一般为2-5。当通过整个熔断结构的电流未过载时，两个阶段的熔断丝产生的热能未能使其温度升高至熔点。而雷电流是具有电流所具有的一切效应，不同的是它在短时间内以脉冲的形式通过强大的电流，也就是说，雷电持续时间短暂，但包含多次高频的脉冲电流，高压高电流足以让许多现有的熔断丝熔断。本实施例中的第一阶段导体1和第二阶段导体2能够较好的适应雷电流的冲击，因第二阶段导体2电阻较小，则发热量较小，可通过设置合理的散热结构3进行散热。

因为采用两段式结构，而每个阶段的导体所受到的热量应包含自身所产生的热量和传递的热量，第一阶段导体1产生热量较高，故第二阶段导体2即使自身产生一定的热量，但因两段导体均为良导热材质，故第二阶段导体2温度升高主要由第一阶段导体1传递过来的热量所致。而第一阶段导体1采用耐高温的材质，其熔点较高，单次通过的雷电流虽然能量较大，但持续时间较短，则导致其温度升高有限，则可避免雷电流通过时造成整个熔断器误断。但直接采用单独的低电阻熔断丝，在正常的工况频率的过载电流通过时，也不容易熔断。则本实用新型通过两段式结构，既能够减小雷电流通过时误断的情况发生几率，同时在普通工况频率的过载电流通过时，所述第一阶段导体1持续发热并传递至第二阶段导体2处，而第二阶段导体2一定时间内温度持续升高则会发生熔断。此时，第一阶段导体1充当发热体，其熔点较高，不易熔断，而第二阶段导体2接受第一阶段导体1传递的热量发热熔断。既能够保证其过载电流通过时能够有效熔断保护主电路，同时避免雷电冲击时误断妨碍SPD动作。

本实施例中，第二阶段导体2采用银铜合金，其具有较低的电阻率，同时又具有较低的熔点，适用于本实施例中第二阶段导体2，性能较佳；而第一阶段导体1采用钛合金或钨合金材质，其具有较高的电阻率，但同时具有较高的熔点。

实施例2：

本实施例是一种两段式耐受雷电流的熔断结构，包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联；第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积小于第二阶段导体2横截面面积。

第一阶段导体1是一种熔点较高且具有一定阻值的导电结构，采用钨合金材料，其熔点为3100℃左右。而第二阶段导体2为熔点较低但阻值较低的导电结构，采用锡合金，其熔点为290℃左右。

熔断结构还包括设置在第二阶段导体2周围用于散热的散热结构3，所述散热结构3与第二阶段导体2贴合散热。第二阶段导体2熔点较低，当第一阶段导体1传递的热量造成其升温较大并超过熔点时，第二阶段导体2则会出现熔化或气化。而散热结构3为了避免因过快的温度升高导致其误断而设置的机构，直接包裹在第二阶段导体2外侧，通过直接接触方式进行散热。

当雷电流通过熔断结构时，第二阶段导体2因电阻较小则产热较少，但第一阶段导体1产生的热量会传递至第二阶段导体2导致其温度升高。因为雷电流持续时间较短，但能量较大，则会导致第二阶段导体2温度升高过快，此时散热结构3能够将第二阶段导体2产生的热量快速分散，从而可增加其稳定性，提高安全系数。

实施例3：

本实施例是一种两段式耐受雷电流的熔断结构，包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联。

第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积小于第二阶段导体2横截面面积。

熔断结构还包括设置在第二阶段导体2周围用于散热的散热结构3，所述散热结构3与第二阶段导体2之间设有绝缘介质进行热传递散热。散热结构3分为液体和固体两种方式，固体多采用绝缘的无机填充物，具有较好的热传递效率，同时又能够直接与第二阶段导体2接触贴合散热。

而液体则通过设有的容器装填，且该容器为绝缘体，具有较高的热传递效率，通过该容器与第二阶段导体2接触，此时该容器则作为传递热量的绝缘介质，避免液体直接与第二阶段导体2接触，同时又能够起到较好的散热效果。

第一阶段导体1是一种熔点较高且具有一定阻值的导电结构，采用钨合金材料，其熔点为3100℃左右。而第二阶段导体2为熔点较低但阻值较低的导电结构，采用锡合金，其熔点为290℃左右。

实施例4：

本实施例一种两段式耐受雷电流的熔断结构，如图5所示，包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联。

第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积小于第二阶段导体2横截面面积。

两个电极之间串联有两个第一阶段导体1和一个第二阶段导体2，其中电极均与第一阶段导体1连接，所述第二阶段导体2设置在两个第一阶段导体1之间。

实施例5：

本实施例一种两段式耐受雷电流的熔断结构，包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联。

第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积小于第二阶段导体2横截面面积。

两个电极之间串联有两个第二阶段导体2和一个第一阶段导体1，其中电极均与第二阶段导体2连接，所述第一阶段导体1设置在两个第二阶段导体2之间。

实施例6：

本实施例是一种熔断器，如图2所示，包括两端设有开口的中空结构的绝缘外壳4，所述绝缘外壳4两端设有用于封闭的端帽5，端帽5上设有电极。

还包括有设置在端帽5与绝缘外壳4开口处的垫圈8。所述绝缘外壳4内设置有熔断结构。熔断结构包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联。

第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积小于第二阶段导体2横截面面积。

实施例7：

本实施例是一种熔断器，包括两端设有开口的中空结构的绝缘外壳4，所述绝缘外壳4两端设有用于封闭的端帽5，端帽5上设有电极；所述绝缘外壳4内设置有熔断结构。熔断结构包括与电极连接的第一阶段导体1和与另一电极连接的第二阶段导体2，第一阶段导体1与第二阶段导体2串联。其中，电极为两端端帽5中部的金属条结构，如图1、图3和图4所示，是三种不同的电极结构的示例图，图3中为铜爪结构，而图4为刃形头结构。

第一阶段导体1熔点高于第二阶段导体2熔点，第一阶段导体1通电发热并传递至第二阶段导体2且温度高于熔点时第二阶段导体2熔断断路，第一阶段导体1横截面面积小于第二阶段导体2横截面面积。

在绝缘外壳4内设置有散热结构3，其中散热结构3为颗粒状的绝缘固体，被填充在绝缘外壳4与熔断结构之间并均与所述第一阶段导体1与第二阶段导体2的外表面贴合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种两段式耐受雷电流的熔断结构，用于设置在熔断器内当电流超过额定值熔断保护电路，其特征在于：包括与电极连接的第一阶段导体（1）和与另一电极连接的第二阶段导体（2），所述第一阶段导体（1）与第二阶段导体（2）串联；

所述第一阶段导体（1）熔点高于第二阶段导体（2）熔点，第一阶段导体（1）通电发热并传递至第二阶段导体（2）且温度高于熔点时第二阶段导体（2）熔断断路。

2.根据权利要求1所述的一种两段式耐受雷电流的熔断结构，其特征在于：熔断结构还包括设置在第二阶段导体（2）周围用于散热的散热结构（3），所述散热结构（3）与第二阶段导体（2）贴合散热。

3.根据权利要求1所述的一种两段式耐受雷电流的熔断结构，其特征在于：熔断结构还包括设置在第二阶段导体（2）周围用于散热的散热结构（3），所述散热结构（3）与第二阶段导体（2）之间设有绝缘介质进行热传递散热。

4.根据权利要求1所述的一种两段式耐受雷电流的熔断结构，其特征在于：所述第一阶段导体（1）横截面面积大于或等于第二阶段导体（2）横截面面积。

5.根据权利要求1所述的一种两段式耐受雷电流的熔断结构，其特征在于：所述第一阶段导体（1）横截面面积小于第二阶段导体（2）横截面面积。

6.一种熔断器，其特征在于：内部采用权利要求1中所述的两段式耐受雷电流的熔断结构。

7.一种熔断器，其特征在于：内部采用权利要求2中所述的两段式耐受雷电流的熔断结构。

8.根据权利要求7所述的一种熔断器，其特征在于：包括两端设有开口的中空结构的绝缘外壳（4），所述绝缘外壳（4）两端设有用于封闭的端帽（5）；所述熔断结构设置在绝缘外壳（4）内。

9.根据权利要求8所述的一种熔断器，其特征在于：所述散热结构（3）为颗粒状的绝缘固体，被填充在绝缘外壳（4）与熔断结构之间并均与所述第一阶段导体（1）与第二阶段导体（2）的外表面贴合。