熔絲元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括多個電容器子單元的電力電容器裝置，其中，每個電容器子單元由與電容器子單元串聯(lián)連接的內(nèi)部恪絲元件電保護(hù)。
[0002]本發(fā)明還涉及一種組裝在電容器組中且由共同殼體中的多個電容器子單元構(gòu)成的高功率電容器，其中，電容器子單元以并聯(lián)和串聯(lián)電路電連接。這種電容器組可例如用于中壓或高壓電網(wǎng)中的功率因素校正系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]中壓或高壓電網(wǎng)中的功率因素校正系統(tǒng)需要組裝在大電容組中的高功率電容器。單獨的電容器通常由位于單個殼體中的多個較小的電容器子單元構(gòu)成。較小的電容器子單元以串聯(lián)和并聯(lián)電路的不同變型連接，以滿足特定應(yīng)用的需求。然而，如果單個電容器子單元有故障，則整個電容器組件經(jīng)由該子單元放電，導(dǎo)致甚至可能使電容器殼體發(fā)生故障的強烈電弧，所謂的外殼破裂(case rupture)。那么，該故障模式可導(dǎo)致整體電容器組完全故障。
[0004]作為增加這種電容器組的安全性的措施，單獨的電容器裝置可由位于電容器裝置外部的單獨串聯(lián)的熔絲來保護(hù)。然而，該方案是昂貴的，并且總會導(dǎo)致完全損耗單個電容器裝置(這必須得到盡快調(diào)整)。為了避免完全損耗電容器裝置，單獨的電容器子單元可由位于電容器裝置內(nèi)部的單獨的熔絲來保護(hù)。該方案的優(yōu)點是，在發(fā)生故障的情況下僅損耗單個電容器子單元，整個電容器組不會毀壞，而是繼續(xù)幾乎未受損壞地工作。
[0005]對該問題常見解決方案是與單獨的電容器子單元串聯(lián)連接的單線熔絲元件。然而，由于每子單元幾千伏特的高壓，熔絲需要特別長，例如通常10mm長或更長，而線(通常為銅線)的直徑通常介于0.3至0.5_之間。在一些應(yīng)用中，多個這些熔絲安裝在間的單個卡板上，以便于操縱。單獨的熔絲還可通過紙、聚合物或陶瓷殼而彼此分離，以避免位于單個電容器殼體中的反應(yīng)和非反應(yīng)熔絲之間的意外相互作用。在一些產(chǎn)品中，熔絲單獨地安裝在每個電容器子單元上，而不是共同的板上。另外，本領(lǐng)域中已知的是，通過在熔絲的兩端使熔絲與額外線扭轉(zhuǎn)來減小熔絲阻抗，并因此減小額外功率損耗的部分。另一已知設(shè)計使用平行的兩條線來減小熔絲阻抗，并增加為了使用響應(yīng)必須達(dá)到的作用積分f I2dt，從而減少流入故障電容器元件的能量。兩條線在并入電容器之前一起焊接到銅條。
[0006]關(guān)于單線，該技術(shù)的缺點是熔絲響應(yīng)I2dt值與線R直徑的相關(guān)性與R4成比例，從而十分陡峭。因此，在熔絲生產(chǎn)和操縱期間，因頸縮(necking)、強烈彎曲、拉伸等產(chǎn)生的與標(biāo)稱直徑的甚至輕微局部偏差導(dǎo)致熔絲響應(yīng)值的大偏差。此外，具有良好限定直徑的銅線的可用性是有限的，由此，關(guān)于陡峭熔絲響應(yīng)特性，僅可選擇熔絲響應(yīng)值的粗略步調(diào)(coarse steps)。此外，單線恪絲在標(biāo)稱電流下通過歐姆損耗產(chǎn)生大量熱量。在恪絲兩端使用扭轉(zhuǎn)的多股電流引線可部分地減少這些損耗。
[0007]使用平行的兩條線的優(yōu)點是，與單線方案相比，熱量損耗明顯降低，另外，對線直徑偏差的靈敏度降低。然而，制造更加復(fù)雜，需要更多焊接連接，這會增加成本和故障風(fēng)險。
[0008]文獻(xiàn)US2010/0224955A1公開了包括介質(zhì)中間層的裝置和方法，介質(zhì)中間層由能夠在半導(dǎo)體襯底上形成張力的材料制成。此外，比第一介質(zhì)中間層具有更大張力的熔絲金屬形成在第一介質(zhì)中間層上。相應(yīng)地，可以防止在燒斷熔絲時形成熔絲殘留物。而且，在燒斷熔線時施加的激光的能量和光斑大小可以減小。此外，可以避免對相鄰熔絲的損壞，可以切割由難以燒斷熔絲的材料制成的熔絲。另外，因為聚合物系列材料用作介質(zhì)中間層，所以可以顯著減少布線之間的耦合效應(yīng)。
[0009]在未出版的歐洲專利申請11182747.3中公開了改進(jìn)的熔絲元件。該熔絲元件具有位于自支撐細(xì)長熔絲金屬條內(nèi)的至少一個細(xì)長凹槽或切口，以提供至少兩個平行的金屬子條。在一些實施例中，并排定位的兩個或更多個凹槽可以具有多于兩個的并排平行的子條。然而，這種恪絲設(shè)計的電壓保持能力(voltage hold-off capability)是有限的，因為當(dāng)熔絲操作時，并非所有沿熔絲腿的熔絲材料都在縱向孔的整個長度上完全分解。另外，在熔絲操作期間蒸發(fā)的一些銅再次沉積在熔絲的載體材料上，導(dǎo)致傳導(dǎo)路徑。最后，一些載體材料和/或絕緣油碳化，導(dǎo)致剩余載體材料上的碳跡，這會導(dǎo)致在熔絲的剩余端部之間形成傳導(dǎo)路徑。因此，通過這些跡線的長度，有效絕緣長度減小，這導(dǎo)致在熔絲操作之后，保持電壓的能力降低。因此，至少一個熔絲部件必須明顯長于必要的長度，以提供足夠長的絕緣長度，從而導(dǎo)致熔絲阻抗成比例地增加，這導(dǎo)致非期望的功率損耗和電容器加熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是與現(xiàn)有技術(shù)相比，增加這種電力電容器或電容器組的安全性。制造和操縱應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁倪M(jìn)。熔絲生產(chǎn)期間的公差以及初期故障應(yīng)當(dāng)?shù)玫綔p少。所需的熔絲形狀應(yīng)當(dāng)易于形成。
[0011]該目的通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的電力電容器裝置和根據(jù)方法權(quán)利要求的制造電力電容器裝置的方法來實現(xiàn)。
[0012]根據(jù)一個方面，熔絲元件包括由至少四個金屬子條形成的活性響應(yīng)部分，至少相應(yīng)兩個金屬子條是平行的，子條由一個或兩個自支撐細(xì)長熔絲金屬條內(nèi)的至少兩個細(xì)長凹槽提供，至少兩個凹槽沿相應(yīng)熔絲金屬條串行對準(zhǔn)地設(shè)置。
[0013]出乎意料地，兩個或更多個串行絕緣間隙(優(yōu)選地具有與根據(jù)歐洲專利申請11182747.3的單個間隙或凹槽相同的總長度)具有比相同總絕緣長度的單個間隙或凹槽更好的絕緣強度。因此，與具有僅單個絕緣間隙或凹槽的類似熔絲相比，熔絲部分的總長度可制得更短，根據(jù)總活性熔絲部分的長度減少，這會顯著地減少熔絲損耗。由于單獨熔絲部分(子條)在單個結(jié)合熔絲元件的串行連接，這種熔絲的實現(xiàn)是可能的，由此，故障電流同時流過所有熔絲子條，因此導(dǎo)致所有熔絲子條的同時響應(yīng)。新的熔絲設(shè)計由此允許以相同的熔絲參數(shù)和大小構(gòu)建具有減少的功率損耗的熔絲。
[0014]根據(jù)另一方面，執(zhí)行一種通過以下步驟制造熔絲元件的方法:提供活性熔絲響應(yīng)部分，包括提供活性熔絲響應(yīng)部分，活性熔絲響應(yīng)部分包括具有至少四個金屬子條，至少相應(yīng)兩個金屬子條是平行的，子條由一個或兩個自支撐細(xì)長熔絲金屬條內(nèi)的至少兩個細(xì)長凹槽提供，至少兩個凹槽沿相應(yīng)熔絲金屬條串行對準(zhǔn)地設(shè)置。
[0015]該方案通過使用復(fù)合材料導(dǎo)致低阻抗、低成本、易于制造以及具有小公差的可靠熔絲，復(fù)合材料包括作為薄金屬箔的增強件的薄聚合基層。
[0016]根據(jù)另一方面，熔絲元件用于電保護(hù)由多個電容器子單元構(gòu)成的電力電容器裝置，其中，每個電窮器子單元由內(nèi)部串聯(lián)連接到電容器子單元的這種熔絲元件之一電保護(hù)。
[0017]復(fù)合材料的連續(xù)寬條由合適的低成本聚合箔和薄金屬箔的層狀結(jié)構(gòu)制成。通常，作為聚合物，可選擇在這種電容器子單元的環(huán)境下，尤其與現(xiàn)代電容器裝置中使用的絕緣液體相互作用的環(huán)境下，呈現(xiàn)被證實的兼容性的材料。特別地，便宜的聚合物比如作為電容器介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)材料的聚丙烯、聚乙烯等僅對材料成本有不足道的增加，卻能明顯減少由操縱需求和廢品率導(dǎo)致的成本。其它合適的基底材料包括聚酰亞胺和類似材料，它們可與電容器內(nèi)部環(huán)境兼容。在選擇足夠厚的金屬箔(在操縱期間抵抗材料應(yīng)力)的特定情況下，聚合物基底材料可以省略，熔絲元件由純金屬構(gòu)造構(gòu)成。用于由金屬制成的熔絲的合適金屬是高導(dǎo)電銅、銀和這些材料的合金。
[0018]優(yōu)于常規(guī)熔絲設(shè)計的額外優(yōu)點如下。電流限制范圍更快地達(dá)到，導(dǎo)致在熔絲操作期間釋放的能量更少。獲得熔絲的更穩(wěn)定的I2t響應(yīng)值，導(dǎo)致電容器組的可靠性更高。放電能量限制更好，導(dǎo)致更少的放電能量、對電容器內(nèi)部元件損壞更小以及避免了外殼破裂。電容器元件之間的更好殼體是可能的。故障電弧和外殼之間以及單獨熔絲之間沒有相互作用是可能的?？偟碾娙輷p耗下降高達(dá)25%。熔絲制造以及結(jié)合的材料和勞動力成本下降高達(dá)50%。電容器噪聲降低。不管熔絲的厚度如何，由