一种故障电流保护器及保护方法与流程

本发明涉及电力系统设备技术领域，特别是涉及一种故障电流保护器及保护方法。

背景技术：

目前市场上的现有技术是将熔断器与导电铜排并联，在正常状态下，电流(按照不同比例)同时流过熔断器和铜排。在故障发生时由系统中央控制器做出判断并发出动作信号，引爆熔断器内预置的炸药驱动撞针切断铜排，从而诱发并联熔断器断开，最终切断故障电流。

现有技术存在的问题包括：

(1)在正常状态下，熔断器和铜排并联，协同分流。尽管通过熔断器的电流要比铜排上的电流小很多，其代价是熔断器的电阻要比铜排的电阻高很多，结果是在正常状态下熔断器也有比较明显的发热，由此可能导致众多的问题或失效，按照严重程度依次是：

(a)保护器件本身发热大，提高了周围的环境温度；

(b)熔断器长期在高温下工作，热疲劳效应会造成使用寿命缩短；

(c)并联熔断器如果提前断开而未被检测到，一旦发生故障，所有故障电流通过铜排，铜排分断机构(如点火开关)很难有效灭弧，极大可能导致喷电弧、燃烧、甚至爆炸；还会包括电子电路及机械机构，机理比较复杂，系统失效风险比较大等后果。

(2)在安装空间一定的情况下，现有技术的能谱范围受到严重限制，特别是电流增加时，器件体积过大，难以满足小型化的体积要求等。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种故障电流保护器及保护方法，具有高稳定、高可靠、高功率、宽能谱的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种故障电流保护器，包括信号发生器、换流开关、电子开关和熔断灭弧装置，所述信号发生器与所述换流开关相连，所述换流开关与所述电子开关、所述熔断灭弧装置并联设置，所述电子开关和所述熔断灭弧装置串联设置。

在本发明一个较佳实施例中，所述故障电流保护器的电压范围为70～3000伏特，电流范围为几十～1200安培。

在本发明一个较佳实施例中，所述故障电流保护器的电阻值由换流开关确定。

提供一种故障电流保护方法，包括步骤为：(1)在正常状态下，电路电流通过换流开关，电子开关处于断开状态；(2)信号发生器向换流开关发出动作指令，换流开关断开，电子开关导通，电路电流通过熔断灭弧装置；(3)熔断灭弧装置动作，切断故障电流。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中所述信号发生器向换流开关发出动作指令的触发信号是由系统控制单元发出。

在本发明一个较佳实施例中，步骤(2)中还包括换流开关断开后，换流开关两端建立电压降，加在电子开关上的电压超过阈值后，电子开关导通。

本发明的有益效果是：本发明的故障电流保护器及保护方法，能耗小、温升低，不会发生误动作，分断电路的速度足够快，满足保护要求，能够保证整体安全性，降低应用难度和成本，能覆盖更宽广的电压和电流范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明的故障电流保护器一较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明的故障电流保护方法中正常工作状态的结构示意图；

图3是本发明的故障电流保护方法中信号发生器向换流开关发出动作指令的结构示意图；

图4是本发明的故障电流保护方法中换流开关断开的结构示意图；

图5是本发明的故障电流保护方法中电子开关由断开变为导通的结构示意图；

图6是本发明的故障电流保护方法中熔断灭弧装置动作的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，提供一种故障电流保护器，包括信号发生器c1、换流开关c2、电子开关c3和熔断灭弧装置c4，所述信号发生器c1与所述换流开关c2相连，所述换流开关c2与所述电子开关c3、所述熔断灭弧装置c4并联设置，所述电子开关c3和所述熔断灭弧装置c4串联设置。

所述故障电流保护方法，包括步骤为：

(1)请参阅图2，在正常状态下，电路电流通过换流开关，电子开关处于断开状态，没有电流通过与电子开关状态串联的熔断器，所述故障电流保护器的电阻值由换流开关决定。

(2)请参阅图3和图4，信号发生器向换流开关发出动作指令，换流开关断开，把电路电流切换到所述电子开关和所述熔断灭弧装置串联的支路上，换流开关两端建立电压降，其中所述信号发生器向换流开关发出动作指令的触发信号是由系统控制单元发出，例如管理汽车气囊的电控单元(ecu)等；

(3)请参阅图5，加在电子开关上的电压超过阈值后，电子开关由断开变为导通，电路电流通过熔断灭弧装置；

(4)请参阅图6，熔断灭弧装置动作，安全熄灭电弧，切断故障电流。

本发明所述故障电流保护器的保护的能谱(电流、电压)范围更宽：本发明所述故障电流保护器的电压范围：70～3000伏特，电流范围：几十～1200安培。能谱范围比现有技术(电压到1000伏特，电流到900安培)宽广的多。

本发明所述故障电流保护器的动态工作范围更宽：比如一款固定配置的所述故障电流保护器的工作范围为：电压为直流400伏特，电流为几十～400安培。

本发明所述故障电流保护器的电阻及温升比现有技术低10％以上。

在正常工作状态下，所述故障电流保护器能够保证系统承受允许的小倍数过载电流冲击而不发生误动作提前断开，从而使系统(如电动汽车)即使在恶劣的工况下也能够稳定工作，本发明中的系统指所述故障电流保护器处于的系统。

故障发生时，所述故障电流保护器能够在规定的时间内快速切断故障电流，在电路中建立安全有效的物理隔离，终止故障不继续扩大，使系统(如电动汽车)及人员的安全得到可靠的保护。故障发生时，所述故障电流保护器接收到触发信号后动作，动作速度满足保证安全的规定要求。

本发明的所述故障电流保护器承受冲击电流的能力更强，系统误动作更少：在正常状态下，流过本发明所述故障电流保护器的电流只通过换流开关，其他部件包括电子开关装置、熔断灭弧装置等没有电流通过，意味着正常状态下的所述故障电流保护器的稳定性由换流开关决定，不受其他部件的影响。换流开关是成熟技术，其稳定性得到充分验证，有可靠保证。相比之下，现有技术在正常状态下电流按比例通过开关及与开关并联的熔断器，但是由于分流需要，熔断器的电阻要比并联的开关高出很多，冲击电流容易造成器件提前断开，导致系统误动作。

本发明的所述故障电流保护器的分断特性更好，保护能力更强：本发明的所述故障电流保护器在故障出现前，灭弧与分断装置处于断开状态，避免了热疲劳、热失效现象，分断特性得到高度保障。相比之下，现有技术在正常状态下电流按比例通过开关及与开关并联的熔断器，但是由于熔断器的电阻要比并联的开关高出很多，长期通流可能导致熔断器特性变差、甚至提前熔断，导致喷电弧、燃烧、甚至爆炸。

本发明的有益效果是：

一、所述故障电流保护器能解决现有技术中正常工况下和故障发生时存在的矛盾，所述故障电流保护器在正常工况下，耐受所允许的过流冲击不发生误动作，同时当故障发生时，分断电路的速度足够快，满足规定的保护要求；

二、所述故障电流保护器能改善现有技术的电气特性，在系统正常工作时所述故障电流保护器本身的能耗小、温升低，在故障发生后，所述故障电流保护器的绝缘电阻高，在电路中建立有效的物理隔离，保证系统安全；

三、所述故障电流保护器能降低现有技术的应用难度和成本，所述故障电流保护器的有效保护能谱范围宽，比现有技术覆盖更宽广的电压和电流范围，缓解现有技术产品选型复杂、规格繁多、应用成本高的用户痛苦等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。