CN103903821A - 短路电阻 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电线保护装置，属于选择式电路断路器类型，主要由主电路以及辅助电路形成，当在出现短路后主电路被切断时，电流流过该辅助电路，所述辅助电路包含具有至少一个由两侧法兰(1、3)保持的扁平线圈(5)的限流电阻。该电阻包括通过n个线圈(5)的并联来改变欧姆值的装置，n是大于1的整数，各线圈(5)由配备有电绝缘装置的导线(10)组成。

Description

短路电阻

技术领域

本发明涉及一种限流电阻，在断路器中用于保护电线和／或装置免于过电压和短路，对于可连接于上游区域和／或下游区域的用来防护过电压和短路的系统来说，所述断路器是可选择的。

这种类型的断路器尤其是用作组合断路器，安装在各种不同电路的上游区域，各所述电路在配电装备中采用线路断路器来进行保护。

背景技术

配电系统中选择串联的断路器是必要的，或者至少是合乎需要的，以致于短路或过电压的情况下，关闭配电系统的尽可能小的一部分，即关闭发生短路或引起过电压的部分。

该类型的断路器包括主电路，在该主电路中布置有响应于过电压的热致动器、响应于短路的磁致动器、以及断续器管。

该主电路可采用辅助电路作为旁路，在该辅助电路中定位有限流电阻(本发明的主题)、另一个热致动器、以及另一个断续器管。

正常的电流穿过主电路。该电流同时穿过辅助电路，但由于电阻的缘故而非常微弱。如果发生短路，会发生临时切断主电路的磁触发，而仅有被电阻显著减小的电流会流过辅助电路。

这使得能够以完全安全的方式继续向下游区域的设备供电。如果故障持续，尽管被电阻所限制，电流也会引起辅助电路的热触发，并由此解除断路器的锁定，并完全切断电流。断路器必须在排除故障后手动重启。在故障仅持续了非常短的时间的情况下，，磁设备返回空转位置，主电路进行重建，而不致动锁定断路器的锁。

具体地说，存在多种短路电阻结构。

例如文件DE10305069公开了这样一种电阻。该电阻通过绕制两米长的、正面及背面上附着有绝缘漆的不锈钢带而制成，由此形成椭圆形的线圈。通过加热紧固至线圈的两个塑料的法兰将线圈保持住。这些塑料法兰还使不锈钢带的电缆沟(trench)绝缘。这种类型的电阻的绝缘因此需要繁琐的步骤。

在漆层磨去以后，通过夹紧该带的两端来实现电阻的电连接。

在操作过程中，在该电阻中储存的温度可达到280℃，这需要具有能够承受该温度的不锈钢带的漆层，并需要使用由合适的热材料所制成的周向部件(譬如法兰)。

在文件EP0,997,914中公开了另一类电阻。这种电阻是电绕组，其中厚导线螺旋地环绕具有合适的间隔槽的支承主体部，各种导线匝穿过该间隔槽。这样，当电流流过绕组时，在绕组产生电磁力的作用下，导线匝在相对彼此移动时不会出现彼此接触的风险。支承主体部因此可以保持电阻的导线匝彼此隔离。

该电阻的主要缺陷在于其在短路期间的温度可能会升高至800°。为了承受这样的温度，必须使用昂贵的材料，譬如陶瓷支承主体部和镍铬合金导线，其电阻率是不锈钢的两倍。

所述的现有技术的两种电阻还缺乏可配置性，考虑到其结构，在不必修改整个绕组的情况下，其欧姆值不能改变。然而，根据断路器在配电盘的树形结构中的位置，欧姆值必须不同，换句话说，基于断路器的管径，使得能够进行选择。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种技术方案来解决上述缺陷，在该技术方案中，电阻材料的温度不会超过150℃，从而能够使用由标准的廉价材料制成的部件，同时保证电绝缘，且欧姆值能够容易地修改。

为此，基于本发明的观点是建立多导线电阻，而不是与现有技术中的那些类似的单导线电阻。

根据本发明的电阻包含由两个侧法兰保持的至少一个扁平线圈，且主要特征在于，所述电阻包括通过n个线圈的并联来改变欧姆值的装置，n是大于1的整数，各线圈由装备有电绝缘装置的导线组成。

鉴于文件DE10305069和EP0,997,914分别将欧姆值限定为随着单条带的长度而变化以及随着用于基板和导线的材料选择而变化，根据本发明的电阻的欧姆值随着并联的线圈的数量而改变。这是一种完全不同于现有技术的实现方式。

由于线圈并联，穿过电阻的整个电压被分布在n个线圈中。从而，对于保持相对较高的欧姆值来说，线圈的数量越多，穿过各线圈的电压越小，以及各线圈的温度将会越低。

此外，在该并联电路中的欧姆总值(Rtot)由以下的方程得出：

$\mathrm{Rtot}=\frac{1}{\frac{1}{R1}+\frac{1}{R2}+...+\frac{1}{\mathrm{Rn}}}$

因此，通过并联多个线圈，不仅能够在电阻内部使温度急剧降低，还可任意改变电阻的欧姆值(Rtot)。

当短路电流通过根据本发明的电阻时，该电阻的内部温度低于150℃，其相对于赤热的一直升高到800℃的现有技术的电阻是相对低的。

各线圈采用具有很小横截面的导线制造，因此使其相对于现有技术中的厚导线或带而能够轻易地绕制。优选地，导线的横截面的直径介于0.1mm与0.8mm之间。由于并联n根导线，导线的横截面得以减小。

用于制造线圈的导线优选地由不锈钢制造，并包括由沉积在导线的整个外表面的漆皮组成的电绝缘装置。其是一种具有相当大的介电性能的漆，并使导线具有高的击穿电压。该不锈钢漆包线是一种标准导线，并因此相对于特制的镍铬合金导线是廉价的。

由于温度没有超过150℃，能够针对放置在线圈附近的部件而使用更多更具性价比的传统材料。

这就是法兰的情况，其由热塑性材料制成，而在现有技术的一些电阻中法兰由耐热材料制成。

根据一种可行的结构，通过在线圈的中心形成回路(loop)，各线圈从导线的中部开始绕制，以便当电流穿过时使线圈呈磁中性。该磁中性的优点包括电阻可放置在断路器的断续器管的附近(出于实践的原因)，且该磁中性还具有在所述第一断续器管中不会破坏电弧的移动的优点。

在现有技术中的电阻中，线圈呈螺线形或扁平的，并一直是从导线的一端开始绕制，该端部变成线圈的中心。在所有情况下，当电流流过线圈时，线圈都会产生磁场。在本发明中，进行线圈的绕制，以便抵消当电流通过线圈时所产生的任何磁场。该绕制将在下文中更加详细地描述。

使用产生电连接的接线片，不同的线圈得以彼此并联。为此，合线圈的第一和第二端部分别电连接至第一和第二接线片。线圈的端部通过弯折、移除漆皮、接着使用两个电极焊接来电连接至接线片，所述使用两个电极焊接使其能够移除保护漆皮并执行电焊接。

优选地，取决于断路器的管径，电阻包括2至8个并联线圈。并联多于8个线圈将导致电阻体积过大，使其难于集成入断路器，在这类装置的设计中紧凑性仍然是基本观念。

线圈被堆叠并保持在两个法兰之间。为此，其中一个法兰具有两个从该法兰的中心部凸出的凸出部，所述凸出部能够插入线圈的中心孔，并在电阻内部形成用于定心并保持线圈的装置。

此外，法兰包含环绕线圈并具有至少两个开口的周向壁部，通过所述开口，两个连接在断路器内部的接线片得以引出。

本发明还涉及一种绕制如先前所描述的磁中性线圈的方法。该方法的特征在于以下系列步骤：

-直线展开导线，在导线的两个端部处由可移动的保持装置保持所述导线；

-在导线的中部定位绕线机的卷绕头；

-通过旋转卷绕头，在中部的两侧同时绕制导线的两部分，绕组的中心对应于导线的中部，用于保持导线的端部的所述装置在绕制过程中会靠近在一起。。

具有这样的几何形状，由通有电流的第一个半体所产生的磁场被由通有电流的第二个半体所产生的磁场抵消，导线的两个半体相对于彼此以相反的方向绕制。因此，尽管电流穿过电阻，由该电阻引起的总磁场为零。

有利地，卷绕头呈圆柱形，并具有两个直径方向相对的凹口，在绕制步骤之前，导线的中部的右侧和左侧端部插入所述凹口中，所述中部因此在卷绕头内两个凹口之间的直径方向上被张紧，而中部的两边的两个导线部分形成环绕所述卷绕头的环形匝。

本发明的一个主要的有益效果还在于，电阻可以用全自动的方式制造，从绕制到经过弯折再焊接，在其制造方法中能够节省大量的时间。

为此，本发明还涉及一种用于产生电阻的两个电连接的方法，对于两个电连接中的每一个，均包括以下步骤：

-将能够形成线圈的各漆包线的一个端部布置在接线片内；

-弯折接线片的第一部分；

-使用两个电极在导线的所述各端部产生第一电击，用来从其上移除漆皮；

-使用两个电极在导线的所述各端部产生第二电击，用来将导线的端部焊接至接线片的第二部分。

该方法包括额外的步骤，通过180°折叠接线片的第二部分，以使导线的端部向下折叠在接线片的第一部分上。

因此，组成线圈的导线的端部的卷起、焊接和形成可由机器人和自动的工作站来完成。

附图说明

本发明将参照附图，更加详细地来进行描述，其中：

-图1是根据本发明的电阻的正视图；

-图2是根据本发明的电阻的分解图；

-图3是根据本发明的电阻的俯视图；以及

-图4A至4C示出了形成该电阻的电连接的步骤。

具体实施方式

如图1、2和3所示，根据本发明的电阻主要包括两个侧部的法兰1、3，法兰1、3能够彼此适合，并夹在一起以形成狭窄的外壳，一排线圈5定位在该外壳中，线圈的端部4a、4b通过接线片2a、2b相互连接，以便使不同的线圈并联。

更具体地说，各线圈5均由绕制的不锈钢导线10组成，具有沉积在导线10整个外表面上的一层漆皮(enamel)。该线圈5与其它线圈的电连接仅能通过绕制的导线10的两个端部4a、4b来实现。这些端部4a、4b由漆皮包裹，不能将其直接焊接至接线片2a、2b。为此，在将导线10定位在接线片2a、2b内之后，如图4A所示，并且在绕导线10弯折接线片2a、2b的第一部分7以将其保持在适当的位置之后，使用两个电极在导线10的端部产生第一电击以便移除导线10端部的漆皮。然后使用相同的两个电极在相同的位置产生第二电击，用来将导线10的端部4a焊接至接线片2a、2b的第二部分8，如图4b所示。一旦焊接完成，导线10和接线片2a、2b的第二部分8被配置为180°折叠，如图4c所示，用来得到能够容易地分别与双金属片和带(即属于断路器的部件)电连接的两个尖端。为了使多个线圈5能够并联，使用上述的方法，线圈的第一端部4a均在第一接线片2a中连接，且线圈第二端部4b均在第二接线片2b中连接。

绕制各线圈5使其呈电中性。为了实现该磁中性，导线10并未从一个端部4a、4b开始绕制，而是从中部11开始，其定位在绕线机的卷绕头处。

因此，从导线10的中心开始绕制，导线的两个半体在中心的两边以关于彼此相反的方向绕制，以便抵消线圈5的整个磁场。更具体地说，导线10的中部11在卷绕头的中心直径方向被张紧，然后导线10的两个剩余的部分环绕卷绕头依次绕制，以便形成环绕卷绕头的线圈，由此形成螺旋型绕制的线圈5。线圈5完全是扁平的，且并非呈螺线形。

电阻的法兰1、3中的一个在中心部包含两个凸起部6，该凸起部6能够在导线10的中部11的两边插入各线圈5的中心自由空间12，并受第一匝限制。线圈5由此彼此对正，并滑入至法兰1的这两个凸起部6中。第二法兰3从而随后加入并被夹紧在第一法兰1中，以便形成紧凑的电阻。在法兰1、3的侧壁部13处具有多个开口9，以便能够使具有接线片2a、2b的线圈5的端部4a、4b引出。

在图2的实例中，八个线圈5并联以形成最佳的电阻。法兰1、3由热塑性材料制成。

就本发明来说，以上参考附图的描述理所当然的并不是穷尽的，相反地，其包括所属领域的技术人员所能够扩展的范围内的替代方案和结构。

Claims (15)

1.一种电线保护装置，属于选择式断路器类型，主要由主电路以及辅助电路形成，当在出现短路后主电路被切断时，电流流过所述辅助电路，所述辅助电路包含至少一个由两侧法兰(1、3)保持的扁平线圈(5)，

其特征在于，电阻包括通过n个线圈(5)的并联来改变欧姆值的装置，n是大于1的整数，各个所述线圈(5)均由配备有电绝缘装置的导线(10)组成。

2.如权利要求1所述的电线保护装置，其特征在于，当短路电流流过所述电阻时，所述电阻达到的温度低于150℃。

3.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，组成所述线圈(5)的所述导线(10)的横截面直径介于0.1mm与0.8mm之间。

4.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，所述导线(10)由不锈钢制成。

5.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，所述电绝缘装置由附着在所述导线(10)整个外表面上的一层漆皮构成。

6.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，所述法兰(1、3)由热塑性材料制成。

7.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，，各个线圈(5)均是从所述导线(10)的中间部分(11)开始绕制，形成位于各个线圈(5)中心的环。

8.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，各个所述线圈(5)的第一和第二端部(4a、4b)分别电连接至第一和第二接线片(2a、2b)。

9.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，所述电阻包括2至8个并联的所述线圈(5)。

10.如先前权利要求中任一项所述的电线保护装置，其特征在于，所述法兰(1、3)之一具有从该法兰的中心部凸出的两个凸出部(6)，所述凸出部能够插入所述线圈(5)的中心孔(12)，并形成用于在所述电阻内部定心并支承所述线圈(5)的装置。

11.如权利要求8所述的电线保护装置，其特征在于，所述法兰(1、3)包含环绕所述线圈(5)并具有至少两个开口(9)的周向壁部(13)，连接于断路器内部的两个接线片(2a、2b)通过所述开口(9)伸出。

12.一种用于绕制如权利要求7所述的磁中性线圈的方法，其特征在于，该方法包括以下系列步骤：

-用可移去的保持装置持有导线(10)的两端，从而直线地展开导线(10)，；

-在所述导线(10)的中部(11)定位绕线机的卷绕头；

-通过旋转所述卷绕头，在所述中部(11)的两侧同时绕制所述导线(10)的两部分，线圈(5)的中心对应于所述导线(10)的中部(11)，用于持有导线(10)的端部(4a、4b)的所述装置在绕制过程中会靠近在一起。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述卷绕头呈圆柱形，并具有两个直径方向上相对的凹口，在绕制步骤之前，将所述导线(10)的中部(11)的右侧和左侧端部插入所述凹口中，所述中部(11)因此在两个凹口之间的直径方向上被张紧，而所述中部(11)的两边的两个导线部(10)形成环绕所述卷绕头的环形匝。

14.一种用于形成如权利要求1至11中任一项所述的电阻的两个电连接的方法，对于各个电连接而言，均包括以下步骤：

-将能够形成线圈(5)的各漆包线(10)的一个端部(4a、4b)布置在接线片(2a、2b)内；

-弯折所述接线片(2a、2b)的第一部分(7)；

-使用两个电极在导线(10)的各所述端部(4a、4b)产生第一电击，用来从各所述端部(4a、4b)上去除漆皮；

-使用两个电极在所述导线(10)的各所述端部(4a、4b)产生第二电击，用来将所述导线(10)的各所述端部(4a、4b)焊接至所述接线片(2a、2b)的第二部分(8)。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：通过180°折叠接线片(2a、2b)的第二部分(8)，使导线(10)的端部(4a、4b)向下折叠在接线片(2a、2b)的第一部分(7)上。

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