CN210607160U - 一种高压半导体设备保护用快速熔断器 - Google Patents

Abstract

一种高压半导体设备保护用快速熔断器，采用一个整体的方案，可替代目前高电压设备保护采用多个熔断器串联的方式，包括安装架、熔管、端盖、熔体、灭弧介质、熔体支架安装轴、熔体支架安装轴固定套、熔体支架、支架固定卡子、灭弧垫和导电触头。由于在熔断器熔管的内腔设置了一个熔体支架安装轴，并在安装轴上安装了多个熔体支架，可使熔体在熔管内沿长度方向均匀分布，也在额定电流要求提高，所需要排布的熔体数量增加时，不需要增大熔管直径，使熔体在熔体支架上从内到外多层排布，使额定电流最大可达2000A以上、额定电压达到10000VDC以上，分断能力达到30kA，可用来保护变频器、IGBT、高压电池组以及其它大型半导体设备。

Description

一种高压半导体设备保护用快速熔断器

技术领域：

本实用新型涉及一种熔断器，尤其是涉及一种高压半导体设备保护用快速熔断器。

背景技术

熔断器是当电流超出规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断、断开电路的一种电器，使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。目前市场上能见到的用来保护变频器、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、高压电池组和高压超级电容的熔断器因为保护电压要求高，所以在结构上比较复杂，而且体积庞大，当额定电压达到4000VDC以上时，一般体积长度都在500mm以上，而对于额定电压要求达到10000VDC以上的使用环境，因为目前尚没有可以承受如此高电压要求的熔断器，行业内采取的解决办法就是将3个或者3个以上的，耐受额定电压达到4000VDC的熔断器串联在线路上使用，以满足额定电压在10000VDC以上的使用要求。

但是这种串联方式有几个弊端：一是串联线路上的熔断器在电压分配方面需要绝对平均，如果其中一个稍有偏差，那么在使用中，即使不出现短路或过载电流，但因为其中最弱的一个因为承担的电流超过额定值，因此此熔断器很容易因为过载而熔断，进而造成供电中断；二是串联在一起的熔断器相互之间的通电连接要求很高，必须相当牢靠和稳定，不然就会因为某处的连接质量不好而出现局部电阻升高，在长期工作环境下，这部分就会首先发热并温度升高，很可能造成短路，使供电中断，使被保护设备提前断电停止工作，增加了设备的故障率，影响了设备的正常使用效果，而且还会因为设备提前断电会给系统中其它设备造成故障或发生事故；三是在一条线路上串联多个熔断器，将是保护线路加长，以及熔断器数量的增加，造成制造、安装以及维护成本升高。

实用新型内容

为了解决以上不足，本实用新型的目的在于提供一种稳定，性能优良的熔断器，替代目前市场上对于高压设备的保护采用多个熔断器串联以达到高电压的方式，采用一个整体的方案，熔断器总长度达到1000mm以上，而且熔管内部设置有熔体支架安装轴和熔体支架，使熔体沿熔管长度方向分布安装在熔体支架上，熔断器熔断时，电压会均匀分布在每个变截面上，保证每个熔体的变截面同时断开，减小电弧电压喷射的隐患。且可以根据额定电流增大的需要在支架上多层安装分布，使熔管直径不扩大的情况下提高承载电流，增大熔体散热面积，有效提高额定电压承载能力和对故障电压、电流的分断速度和分断能力，使额定电压达到10000VAC以上，分断能力达到30kA，可用来保护变频器、IGBT、高压电池组、超级电容，以及其它大型半导体设备。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

1、一种高压半导体设备保护用快速熔断器，包括安装架、熔管、端盖、熔体、灭弧介质、熔体支架安装轴、熔体支架安装轴固定套、熔体支架、支架固定卡子、灭弧垫和导电触头，所述熔体支架安装轴的两端卡套在熔体支架安装轴固定套中，熔体支架安装轴固定套穿过灭弧垫与导电触头上设置的熔体支架安装轴固定孔对齐，再从导电触头的外端用螺栓穿过导电触头上的熔体支架安装轴固定孔拧紧，使熔体支架安装轴与导电触头连接起来。

2、所述熔体支架安装轴上以穿套方式安装有一个及一个以上的熔体支架，用来架设熔体，以保证熔管内的熔体均匀分布，提高熔体的稳定性，并增大熔体散热面积。

3、所述熔体支架的形状为空心圆形片状，在圆周设有若干个均匀分布呈喇叭状的熔体支撑架，支撑架的外沿为一凸块，便于分隔架设在支撑架上的相邻熔体。

所述相邻支撑架之间留有缺口，缺口的形状为面向圆心方向的T形，在T形缺口的底部靠近圆心部位作为架设安装内层熔体的支撑点。

4、为架设分布多层熔体需要，支撑架的形状包括设置有实体、中间部分从上到下设置有一个及一个以上的熔体穿孔和支撑架腰部外沿部位从上到下设置有一个及一个以上的熔体卡槽，其熔体穿孔的形状包括有矩形和圆形

5、所述安装架上设置有散热片，以增强熔断器的散热效果。

6、所述熔体沿长度方向设置有多个变截面，当熔断器熔断时，电压会均匀分布在每个变截面上，保证每个熔体的变截面同时断开，减小电弧电压喷射的可能。

7、所述灭弧垫的形状为中空圆形，数量设置有2个及2个以上，分别安装在每层熔体与导电触头连接部位的外延以及导电触头与端盖之间，以防止熔断器熔断时产生的电弧喷射到熔断器外面。

8、所述导电触头内端设置成同心台阶式，以用来焊接处于不同层级的熔体。

9、所述熔管的形状为带有一定锥度的圆柱体，熔断器安装使用时可垂直安装，直径较大的一端位于顶部，有助于熔管器使用时温度的扩散。

本实用新型由于在熔断器熔管的内腔设置了一个熔体支架安装轴，并在安装轴上安装了一个及多个熔体支架，这样对于所要保护的设备额定电压要求提高，如果采用单个熔断器来保护，势必会使熔体长度增加，熔管长度加长，这样在熔体的分布上，因为设置有熔体支架，可以使熔体卡套、粘接或焊接在熔体支架上，既可防止熔体因为长度较长本身的自重导致熔体中间部位下垂，而使中间拉细，承载电流降低，电阻升高，甚至会在此处拉断；还可使熔体在熔管内沿长度方向均匀分布，防止局部电阻和温度升高；又可以在额定电流要求提高，所需要排布的熔体数量增加时，不需要增大熔管直径，使熔体在熔体支架上从内到外多层排布，就可以达到电流密度增加，承载额定电流等级提高的目的。

附图说明

图1位本实用新型实施例的部件组成爆炸图。

图2为本实用新型实施例的整体外观示意图。

图3为本实用新型实施例的熔体支架结构示意图。

图4为本实用新型实施的熔体支架其中一种顶部和底部结构，以及该结构的局部放大示意图。

图5为本实用新型实施的熔体支架其中一种腰部结构，以及该结构的局部放大示意图。

图6为本实用新型实施的熔体支架其中一种内部结构，以及该结构的局部放大示意图。

图7为本实用新型实施的导电触头结构示意图。

图8为本实用新型实施的熔体结构，以及变截面部分的局部放大示意图。

图9为本实用新型实施例的熔管结构示意图。

附图标记说明：1、安装架，2、熔管，3、端盖，4、熔体，5、灭弧填料，6、导电触头，7、灭弧垫，8、熔体支架安装轴固定套，9、熔体支架，10、支架固定卡子，11、熔体支架安装轴，12、熔体支架安装轴固定螺栓，91、熔体支架安装轴穿套孔，92、熔体支撑架肩，93、支撑架外沿，94、支撑架凹槽，95、支撑架，921、熔体卡槽A，941、熔体卡槽B，951、熔体卡槽C，952、熔体穿孔，61、熔体外焊接边，62、熔体内焊接边，63、熔体支架安装轴固定孔，41、熔体变截面。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

实施例，一种高压半导体设备保护用快速熔断器，如图1、2、7所示，包括：安装架1、熔管2、端盖3、熔体4、灭弧填料5、导电触头6、灭弧垫7、熔体支架安装轴固定套8、熔体支架9、支架固定卡子10、熔体支架安装轴11，熔体支架安装轴固定螺栓12。如1、2、7所示，先将熔体支架9穿套在熔体支架安装轴11上，然后在熔体支架安装轴11的一端穿套上熔体支架安装轴固定套8，再将带有熔体支架安装轴固定套8的熔体支架安装轴11的一端穿过灭弧垫7，使熔体支架安装轴固定套8上设置的螺栓孔(图上未画出)与导电触头6上的熔体支架安装轴固定孔63对齐，接下来从导电触头6的外端用熔体支架安装轴固定螺栓12穿过导电触头上的熔体支架安装轴固定孔拧紧，使熔体支架安装轴与导电触头连接起来。

完成以上操作步骤后，再将熔体4以先内层，再中间层(中间层图上未画出)，后外层的顺序分别将熔体4焊接在熔体内焊接边61和外焊接边62上。

当熔体支架安装轴11与导电触头6的采用压套方式连接时，可考虑取掉熔体支架安装轴固定套8，直接将熔体支架安装轴11压套在导电触头6的内端，以节省材料。

将熔体4的一端焊接在导电触头6上以后，将预先穿套在熔体支架安装轴11上的熔体支架9沿熔体支架安装轴11的长度方向等距离分布(若只有一个，则分布在最中间位置)，分布确认后，用支架固定卡子10将熔体支架9固定起来，以防止支架位置移动。

熔体支架9分布完成后，在熔体支架安装轴11的另一端(未和导电触头6连接的一端)，穿套上灭弧垫7，并在熔体支架安装轴11的末端穿套上熔体支架安装轴固定套8，再将已经焊接在一端导电触头6上的熔体4按照先内层，再中间层，后外层的顺序架设排布在熔体支架9上，然后在外部穿上熔管2。

接下来将所有的熔体4按照先内层、再中间层，后外层的顺序逐一焊接在另一端导电触头6的熔体内、外焊接边61和62上。

熔体4焊接好以后，将熔体支架安装轴固定套8上设置的螺栓孔(图上未画出)与导电触头6上的熔体支架安装轴固定孔63对齐，从导电触头6的外端用熔体支架安装轴固定螺栓12穿过导电触头上的熔体支架安装轴固定孔拧紧，使熔体支架安装轴11与导电触头6连接起来。

再下来，将灭弧填料5从其中一端导电触头6上设置的灭弧填料填装孔(图上未画出)中填充到熔管中，填充的时候注意一定要密实、饱满。

填充完成以后根据额定电压、电流、分断能力的不同、以及使用环境的要求，可选用填料固化的方式，即在灭弧填料5的缝隙中间填充满固化胶，再用封口塞(图上未画出)将灭弧填料填充孔封堵起来，然后将熔断器放置到固化箱中升温固化，固化完成后，就完成了高压半导体设备保护用快速熔断器的生产制作。

完成以上制作后，再在熔断器的中间位置安装上安装架1，这样在实际安装使用时，通过安装架1将熔断器安装固定在用电设备上，熔断器的两端导电触头6与通电线路连接起来，就可以实际使用了。

熔体支架安装轴固定套8的可选用陶瓷和金属两种材料，当选用陶瓷材料时，与导电触头6的连接安装方式可如前所述的采用在熔体支架安装轴固定套8和导电触头6的端面上设置螺栓穿孔，用螺栓固定的方式；当选用金属材质时，可在导电触头6的内端面上设置一熔体支架安装轴11的穿孔，安装时可预先在熔体支架安装轴固定套8上涂抹上高强度的粘接固定胶，然后将穿套上熔体支架安装轴固定套8的熔体支架安装轴11压套在导电触头6的熔体支架安装轴穿孔内，使两者连接起来。

如图3、4、5、6所示，为了在不增大熔断器外形尺寸的情况下，提高电流密度和载流量，使同样直径的熔断器可以负载并保护更大额定电流的变频器、IGBT、高压电池组等用电设备，所述熔体支架9的形状设计为空心圆形片状，圆心位置为熔体支架安装轴穿套孔91，在圆周沿圆心散开方向设有若干个均匀分布呈喇叭状的熔体支撑架95，支撑架外沿93为一凸块，便于分隔架设在支撑架上的相邻熔体。所述相邻支撑架之间留有缺口，缺口的形状为面向圆心方向的T形，在T形缺口的底部靠近圆心部位设置有支撑架凹槽94，作为架设安装内层熔体的支撑点。支撑架外沿93的两边设置有熔体支撑架肩92，用来架设排布外层熔体4。

如图3、4、5、6所示，为架设分布多层熔体需要，支撑架的形状包括设置有实体、中间部分从上到下设置有一个及一个以上的熔体穿孔和支撑架腰部外沿部位从上到下设置有一个及一个以上的熔体卡槽，其熔体穿孔952的形状包括有矩形和圆形。

在熔体支架9上安装排布熔体4时，为防止在其后的安装中以及以后的使用中出现熔体4因自重下垂脱架，熔体4有必要进行固定，固定的方式包括有焊接、粘接、穿套和卡套的方式。当采用穿套的方式时，可将熔体穿过熔体支撑架95上设置的熔体穿孔952，根据熔体的形状不同(片状、丝状、圆柱状)，如图6所述，熔体穿孔952可设置成矩形和圆形两种；当采用卡套的方式固定时，可根据熔体4安装排布的位置不用，将安装部位设置成带有卡槽的方式，其中安装排布最内层支撑架凹槽94位置的熔体4时，可将熔体4的两边穿进熔体卡槽B中，安装排布在中间层位置的熔体4，可将熔体4的两边穿进熔体支撑架95的熔体卡槽C中，安装排布在最外层的熔体4，可将熔体4的一边穿进熔体支撑架肩92上设置的熔体卡槽A中。

为提高导电性能，降低使用过程中的温升和电阻，熔体材料可选用包括银、铜、铜包银和铜银合金。

如图8所示，所述熔体4沿长度方向设置有若干个以间隔方式均匀分布的变截面，所述变截面是由一个或多个狭径和一个或多个圆孔组成，当熔断器熔断时，电压会均匀分布在每个变截面上，保证每个熔体的变截面同时断开，减小电弧电压喷射的隐患。而多片熔体的设计方式采用分层式排布，可以提高熔体散热面积。

如图9所示，所述熔管的形状为带有一定锥度的圆柱体，材质为99.99％氧化铝陶瓷，熔断器安装使用时可垂直安装，直径较大的一端位于顶部，有助于熔管器使用时温度的扩散。

本实用新型还有一个显著的特点，就是专门设置了一个熔断器的安装架1，安装架1由两个内部呈半圆的矩形组成，材质选用金属材质，并在外部表面设置有散热片，当两部分分别卡套在熔断器上，并用螺栓拧紧后，整个外形刚好组成一个正方形，可以方便地将熔断器固定在用电设备的线路上，当熔断器处于通电使用状态时，散热片可以较好地散发熔断器因通电产生的热量，以保证熔断器的安全运行，并延长熔断器的使用寿命。

总之，本实用新型由于提供了一种稳定，性能优良的熔断器，可替代传统多个熔断器串联以达到高电压的方式，采用一个整体的方案，熔断器总长度达到1000mm以上，并且由于在熔断器熔管的内腔设置了一个熔体支架安装轴，并在安装轴上安装了一个及多个熔体支架，可使熔体在熔管内沿长度方向均匀分布，防止局部电阻和温度升高；又可以在额定电流要求提高，所需要排布的熔体数量增加时，不需要增大熔管直径，使熔体在熔体支架上从内到外多层排布，就可以达到电流密度增加，承载额定电流等级和分断能力提高的目的，使额定电压达到10000VDC以上，分断能力达到30kA，可用来保护变频器和IGBT以及其它大型半导体设备。

以上所述仅为本实用新型的一种实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的设计构思之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，军营包括在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高压半导体设备保护用快速熔断器，包括安装架、熔管、端盖、熔体、灭弧介质、熔体支架安装轴、熔体支架安装轴固定套、熔体支架、支架固定卡子、灭弧垫和导电触头，其特征在于：所述熔体支架安装轴的两端卡套在熔体支架安装轴固定套中，熔体支架安装轴固定套穿过灭弧垫与导电触头上设置的熔体支架安装轴固定孔对齐，再从导电触头的外端用螺栓穿过导电触头上的熔体支架安装轴固定孔拧紧，使熔体支架安装轴与导电触头连接起来。

2.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述在熔体支架安装轴上以穿套方式安装有一个及一个以上的熔体支架，用来架设熔体。

3.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述熔体支架的形状为空心圆形片状，在圆周设有若干个均匀分布呈喇叭状的熔体支撑架，支撑架的外沿为一凸块，便于分隔架设在支撑架上的相邻熔体；

所述相邻支撑架之间留有缺口，缺口的形状为面向圆心方向的T形，在T形缺口的底部靠近圆心部位作为架设安装内层熔体的支撑点。

4.根据权利要求3所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：为架设分布多层熔体需要，支撑架的形状包括设置有实体、中间部分从上到下设置有一个及一个以上的熔体穿孔和支撑架腰部外沿部位从上到下设置有一个及一个以上的熔体卡槽，其熔体穿孔的形状包括有矩形和圆形。

5.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述安装架上设置有散热片。

6.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述熔体沿长度方向设置有多个变截面，当熔断器熔断时，电压会均匀分布在每个变截面上，保证每个熔体的变截面同时断开，减小电弧电压喷射的可能。

7.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述灭弧垫的形状为中空圆形，数量设置有2个及2个以上，分别安装在每层熔体与导电触头连接部位的外延以及导电触头与端盖之间。

8.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述导电触头内端设置成同心台阶式，以用来焊接处于不同层级的熔体。

9.根据权利要求1所述的一种高压半导体设备保护用快速熔断器，其特征在于：所述熔管的形状为带有一定锥度的圆柱体，熔断器安装使用时可垂直安装，直径较大的一端位于顶部，有助于熔管器使用时温度的扩散。

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