电绝缘装置的制作方法

本发明涉及用于测量直流电或交流电中的线路电压的电绝缘装置。

更具体地，本发明涉及一种具有分压器的装置，该分压器用于在维护或监控低压线路的操作期间防止电压浪涌。低电压是指具有小于1200vac和1500vdc的电压(例如230vac)的线路。

背景技术：

用于高压(hv)电力生产和分配的网络具有鲁棒性，使得在中压(mv)和低压(lv)网络的区域中基本上观察到电气事故。

因此，这种演变导致了用电压传感器监控来自mv和lv线路的电压。标准iec60664-1，iec60255-27，iec60255-5中规定的规范性约束强加了需要遵循的电气绝缘，以确保例如在处理电压传感器期间或在维护或监控低压电网的操作期间人员的安全。因此，上述标准和/或用户需要例如保护操作者免受10分钟的10kv至50hz量级并且对于单个脉冲为20kv至50hz量级的可能的电压浪涌。

这就是为什么建议采用电压互感器(如图1所示)，以确保电气绝缘和三相lv电压测量的转换的原因。

但是，这个解决方案并不令人满意。

事实上，电压互感器(pt)很重，并且具有相当大的占地面积，因此限制将其集成到模块化系统中，该模块化系统包括例如布置在din导轨上的模块，如图8所示。

此外，在pt的输出端上测量的电压不会随着所述pt的输入端施加的电压线性变化(后者取决于例如测量的电压频率、电压所在的电压范围等)。因此，施加在pt的输入端的电压和所述pt的缩放不是线性的。缩放是指将电压转换为另一电压(例如，较低的电压)。线性系统执行同位缩放，换句话说，输入电压乘以恒定比例因子，因此与输入电压无关。pt的这种非线性会降低电压测量的质量和可靠性。

可替代地，还可以通过光耦合器来确保绝缘。然而，这些装置需要电源，并因此需要适配的连接器。因此，它们不是令人满意的。

文献us20130088092描述了一种电绝缘装置。

因此，本发明的一个目的是提出具有比现有技术中已知的绝缘体小的占地面积的绝缘装置。

本发明的另一目的是提出适于中压缩放而不引起任何非线性问题的绝缘装置。

本发明的还一目的是提出不妨碍所测量的电压波形的绝缘装置。

技术实现要素：

本发明的目的通过一种电绝缘装置实现，该电绝缘装置包括：

-具有厚度e的支撑件，该支撑件包括分别称为前面和后面的彼此面对的两个面，所述两个面具有长度l、宽度l，

-在支撑件的每个面上，多个分压器被定位成在所述面的长度l上延伸，每个分压器包括串联连接并且根据第一和第二级连续布置的电气部件，每个第一级包括偶数电气部件的行和奇数电气部件的行，两个行沿着长度l平行，并且沿着宽度l基本上相邻，并且第二级对应于电气部件的线性布置。

根据一个实施例，对于偶数电子部件和奇数电气部件的每行，相同行的两个电气部件之间沿着长度l的间隔小于插入电气部件所需的间隔。

根据一个实施例，布置在相同面上的偶数电气部件和奇数电气部件的行沿着宽度l的间隔是规则的，该间隔有利地小于插入电部件所需的间隔。

根据一个实施例，在偶数和奇数电气部件的每行中，所述电气部件的布置在长度l的方向上沿着步长t是规则的。

根据一个实施例，支撑件的两个面的偶数行彼此同相，并且支撑件的两个面的奇数行同样彼此同相。

根据一个实施例，偶数行相对于奇数行具有沿着长度l的偏移，该偏移有利地是半步长t/2的偏移。

根据一个实施例，支撑件包括插入在两层电绝缘体之间并且基本上平行于支撑件的两个面设置的至少一个铠装层(armouringlayer)，该铠装层适于减少横跨支撑件的厚度e的彼此面对的电气部件之间的串扰。

根据一个实施例，铠装层包括金属，金属有利地包括选自以下元素中的至少一种：铜。

根据一个实施例，两层电绝缘体包括电介质材料，电介质材料有利地包括选自以下元素中的至少一种：环氧树脂、fr4、电木。

fr4是一种用玻璃纤维增强的环氧树脂。

根据一个实施例，第二级沿着长度l彼此平行地布置，前面的第二级相对于后面的第二级沿着宽度l交错，使得一面的第二级的一电气部件没有面对、甚至部分地面对布置在另一面上的另一电气部件。

根据一个实施例，铠装层仅在第一表面上延伸，第一表面是面对由第一级占据的表面的表面。

根据一个实施例，均设置在支撑件的不同面上的两个第一级只能具有横跨支撑件的厚度e的彼此面对的单行电气部件，使得在两个面之一上的至少一行电气部件不面对在另一面上的任何行。

根据一个实施例，铠装层仅在第二表面上延伸，第二表面被限制为沿着由与后面的行面对的前面的行占据的表面的方向e的投影。

根据一个实施例，分压器的第二级包括被设计为连接到低电压源的一个自由端。

根据一个实施例，分压器的第一级各自包括被设计为连接到电压测量装置的一个自由端。

根据一个实施例，rj45型以太网连接器设置在支撑件上，以提供第一级的自由端与电压测量装置之间的连接。

根据一个实施例，分压器的电气部件与支撑件形成印刷电路板。

根据一个实施例，所有分压器的所有电气部件是相同的，有利地，电气部件是电阻器。

根据一个实施例，支撑件的厚度e小于1.6mm。

根据一个实施例，支撑件还包括设计成分别提供所述装置的电绝缘和机械强度的模制件和包覆模制件。

根据一个实施例，该装置设置有在诸如din导轨的导轨上的固定器件。

附图说明

参考附图，作为非限制性实例提供的根据本发明的电绝缘装置的实施例的以下描述中将出现其它特征和优点，附图中：

图1是现有技术中已知的电压互感器的图示，

图2a和2b是根据本发明的分压器的第一级的电阻器的布置的示意图，图2b是设置在支撑件的后面上的所述第一级的透视图，

图3是根据本发明的在支撑件的每个面上的每个分压器的第二级的电阻器的布置的示意图，设置在后面上的第二级以透视图示出，

图4是包括彼此叠放的3层绝缘体的铠装层的示意图，

图5a和5b是根据本发明的电绝缘装置的俯视图(图5a)和通过前面的透视图(图5b)的示意图，

图6是根据本发明的电绝缘装置的示意图(后面的电阻器在通过前面的透视图中示出)，

图7a，b，c是根据本发明的在模制之前的电绝缘装置(图7a)，将围绕绝缘装置进行的模制件(图7b)和将围绕模制件进行的包覆模制件(图7c)的示意图，

图8是根据本发明的安装在din导轨上的电绝缘装置的示意图，

图9a是隔离示出的保护片的示意图，

图9b是插入到根据本发明的电绝缘装置中的保护片的示意图。

具体实施方式

对于不同的实施例，为了简化描述，相同的附图标记将用于相同的元件或提供相同功能的元件。在图2至图8中，可以找到根据本发明的电绝缘装置10的示例性实施例。

电绝缘装置10包括厚度为e的支撑件100(图4)。

支撑件100包括两个基本上平行的面101和102，通常称为前面101和后面102。前面101和后面102通过轮廓表面连结。前面101和后面102可以是具有长度l和宽度l的矩形。

在整个解释过程中，我们将考虑长度l大于宽度l。支撑件100可以是印刷电路板支撑件100(“pcb”)。

同样，在整个讨论中，我们将混合支撑件100的长度和前面101、后面102的长度。

支撑件具有厚度e。支撑件的厚度e指支撑件的前面101和后面102之间沿垂直于面101和102中的一个的方向的距离。

除非另有说明，我们将在整个讨论中混合长度l和沿长度l的方向。

除非另有说明，我们将在整个讨论中混合宽度l和沿宽度l的方向。

除非另有说明，我们将在整个讨论中混合厚度e和沿厚度e的方向。

在支撑件100的每个面(前面101和后面102)上，定位有多个分压器110。根据本发明的分压器110包括串联连接的电气部件120。串联连接是指串联电连接，在整个说明过程中，为了简化，我们将省略术语“电”。

很明显，分压器110彼此电隔离。

电气部件120可以包括电阻器或电容器。

将在由电阻器构成的电气部件的上下文中描述本发明的以下实施例，应当理解，所述实施例也可以用电容器实现。

电阻器120之间的电连接由金属轨道130提供。

有利地，电阻器120设置在前面101和后面102上，并钎焊到金属轨道130。我们不再进一步描述本领域技术人员已知的这些制造步骤。

每个分压器110仅形成在支撑件100的两个面中的一个上。换句话说，在设置在支撑件100的两侧上的两个电阻器120之间没有电连接。此外，每个分压器110沿其设置的表面的长度l延伸。沿表面的长度l延伸指分压器110基本上平行于由所述长度l限定的方向。因此，由于每个分压器110沿着其设置的面的长度l延伸，本领域技术人员理解分压器110彼此平行。

每个分压器110的电阻器120根据第一级111(图2a中以虚线包围)和第二级112(图3中以虚线包围)连续布置。

每个第一级111包括偶数电阻器122的行和奇数电阻器123的行(在图2b中以虚线包围)。偶数电阻器122和奇数电阻器123的两行沿着设置它们的支撑件100的面101/102的长度l彼此平行。换句话说，所有分压器110的偶数电阻器122和奇数电阻器123的所有行都沿着由两个面(前面101和后面102)的长度l限定的方向彼此平行。偶数电阻器122或奇数电阻器123指其位置在串联连接中的奇偶性。第一级111的电阻器120的串联连接可以布置成使得两个电阻器120中的一个是所述第一级111的偶数行122的电阻器120，而另一个电阻器120是相同的第一级的奇数行123的电阻器120。换句话说，奇数电阻器123只能在输入和输出端连接到偶数电阻器122。相同地，偶数电阻器122只能在输入和输出端连接到奇数电阻器123。在该结构中可以理解，设置在第一级111的端部的两个电阻器120仅连接到相同第一级的单个电阻器120。

分压器110的第一级111的电阻器的两行122和123沿着宽度l基本上相邻。基本上相邻指奇数电阻器123的行可以相对于偶数电阻器122的行沿着长度l在定位方面具有轻微偏移(图2所示的偏移s)。轻微偏移可以小于电阻的长度。此外，在一个有利的实施例中，第一级的行的一个电阻器与上述第一级的最接近它的另一行的两个电阻器串联连接(除了在第一级的末端的两个电阻器120)。因此，轨道130的长度可以尽可能短。此外，在该配置中，两个轨道130(每个连接到相同的电阻器120输入和的输出端)之间的电位差足够小，以防止支撑件的在两个轨道彼此最接近的区域(图2a的点a)中的电弧。

每个分压器110的第二级112包括布置成线的电阻器120。

假设每个分压器110沿着支撑件100的两个前面101和后面102的长度l延伸，则本领域技术人员将清楚，所有第二级112同样彼此平行。

因此，支撑件100的两个面101/102上的分压器110的布置使得可以减小支撑件100的宽度，并且因此减小了根据本发明的电绝缘装置10的占地面积。

此外，与仅包括串联连接并以线性方式布置的电阻器120的分压器110相比，每个分压器110的电阻器120的一部分沿着第一级111的布置同样使得可以减小每个分压器110的长度。

此外，包括串联连接的电阻器120的分压器110的绝缘不呈现非线性，例如在电压互感器中观察到的那些。因此，分压器110可以例如以类似的方式缩放从三相网络的一个相位抽出的电压(即，没有由分压器引起的电压波形的失真)。

最后，根据本发明的分压器110不需要电源来工作。

有利地，偶数122或奇数123电阻器的相同行的两个电阻器120之间沿着长度l的间隔小于插入电阻器所需的间隔。因此，第一级111的布置使得可以沿着支撑件100的面的长度l增加电阻器120的“线性”密度。沿着长度l的电阻器120的“线性”密度指分压器110的每单位长度的电阻器120的数量。作为示例，在第一级111的水平上，分压器110的电阻器120可以由氧化钌组成，具有长度为6.8mm，宽度为3.4mm，高度为0.7mm的平行六面体形状。电阻器120之间的沿着长度l的间隔可以是2mm。

有利的是，对于偶数122和奇数123电阻器的每行，所述电阻器120的布置可以沿着长度l是规则的。规则的是指相同行的两个连续电阻器120之间的相同间隔，无论考虑所述行的哪个电阻器120。我们将说，沿着长度l的一行的电阻器120的布置是周期性的，并且具有步长t。对于偶数122和奇数123电阻器的所有行，电阻器120之间的间隔可以相同。

以有利的方式，电绝缘装置10的所有第一级111可以是相同的。因此，相同面的所有第二级112可以两两相邻，使得支撑件100的长度l可被优化(即减小)。

再次以有利的方式，电绝缘装置10的所有第二级112可以是相同的。

根据一个有利的实施例，相同面的偶数122和奇数123电阻器的行可以沿着宽度l两两间隔开，间距小于插入电阻器所需的间隔。有利地，该间隔可以是规则的。规则的是指相同的间距，无论对于相同面101/102考虑哪两个相邻行。

支撑件100的两个面101/102的偶数122电阻器的行可以彼此同相。

支撑件100的两个面的奇数123电阻器的行可以彼此同相。

偶数电阻器122(奇数123)的行同相是指偶数电阻器122(奇数123)的每个行可以通过偶数电阻器122(奇数123)的另一行沿着宽度l和/或沿着厚度e(换句话说，沿垂直于长度l的方向)的平移来获得。

有利地，偶数电阻器122的行相对于奇数电阻器123的行沿着长度l具有偏移s(在图2a中表示)。

该偏移可以有利地是半步长t/2的偏移。因此，将电阻器120彼此电连接的轨道130的长度可以相对较短。

根据所提出的布置，一个面的电阻器120可以至少部分地与另一个面的电阻器120相对，从而产生串扰。可以通过设置减少这种串扰的适当器件来防止这种现象。

至少部分地相对的电阻器120是指一个面的一个电阻器沿着厚度e在另一个面上的垂直投影至少部分地与设置在所述另一个面上的电阻器重叠。

在减少串扰的合适器件中，可以考虑使用足够厚度的支撑件100。例如，包括电介质材料并且具有至少3mm厚度的支撑件100将使得可以几乎完全减小在彼此相对的两个电阻器之间的串扰。

为了减少串扰，还可以在支撑体100的体积中引入铠装层140(图4)。换句话说，支撑件100可以包括插入在两层电绝缘体104/105之间的铠装层140。铠装层140是指能够衰减或甚至防止彼此面对的两个电阻器120之间的电磁交换或通信的层。换句话说，铠装层140屏蔽串扰。两层电绝缘体104/105可以由选自以下材料中的至少一种组成：环氧树脂、fr4、电木。

铠装层140可以设置成与两层绝缘体基本平行。

铠装层140可以延伸相当于前面101和后面102的尺寸的尺寸。

铠装层140可以包括几层的堆叠。例如，铠装层140可以相继地包括第一金属层141，由绝缘体142制成的层和第二金属层143。

第一金属层141和第二金属层143可以由铜组成。

第一金属层141和第二金属层143可以具有17.5μm的厚度，并且由绝缘体142制成的层可以具有200μm的厚度。

现在将描述第二级112的一种具体布置，使得可以减小支撑件100的厚度。事实上，铠装层140的厚度与其延伸范围成正比。因此，根据本发明的特定实施例，可能需要减少铠装层140的延伸范围，以便也减小支撑件100的厚度e。

因此，有利地，铠装层140仅在第一表面150上延伸，第一表面150是与由前面101和后面102上的第一级111占据的表面相对的表面。

铠装层140所占据的表面的减少使得可以在保持与在第一级111的区域中的串扰屏蔽方面相同的效率的同时降低后者的厚度。

另一方面，在第二级的区域中的串扰屏蔽不再有效。因此，可能值得提供具有特定配置的所述第二级112。

有利地，第二级112沿着长度l彼此平行地布置，前面101的第二级112相对于后面102的第二级112沿着宽度l交错，使得一面的第二级112的任何电阻器没有面对、甚至部分地面对布置在另一面上的另一电阻器。因此，根据第二级112的这种布置，在包括在第二级112中的电阻器120之间不存在串扰。因此，这种配置证明了限制铠装层140延伸范围到第一表面150，从而允许支撑件100的厚度减小。

有利地，均设置在支撑件100的不同面上的两个第一级111只能具有横跨支撑件100的厚度e的彼此面对的单行电阻器120，使得在两个面中的一个上的至少一行电阻器不面对在另一面上的任何行。还可以考虑进一步减少铠装层140到一个表面的延伸范围，第一级111的电阻器120横跨所述一个表面彼此面对。因此，铠装层140仅在第二表面160上延伸，第二表面160被限制为沿由面对后面102的行的前面101的行占据的表面的方向e的投影。因此，由于在面上只有四行电阻器，四行电阻器中只有三行需要通过铠装层的屏蔽。

对于所呈现的实施例，分压器110的第二级112可以包括被设计为连接到低电压源的一个自由端170(图6)。例如，电绝缘装置10可以具有四个分压器110和因此设置在支撑件100的任一侧上的四个第二级112，所述四个第二级112被设计成从三相线(例如，包括3相和中性的三相低压线)抽取电压。

对于所呈现的所有实施例，分压器110的第一级111可以包括被设计为连接到电压测量装置的一个自由端180(图6)。例如，电绝缘装置10可以具有四个分压器110和因此设置在支撑件100的任一侧上的四个第一级111，所述四个第二级112被设计成将电压传送到电压测量装置(例如电压表，未表示)。

现在将参照图5和6描述根据本发明的电绝缘装置10的示例性实施例。

在所示的例子中，电气绝缘装置10被设计成确保符合标准iec60664-1，iec60255-27，iec60255-5的三相低压线路的绝缘。

因此，电绝缘装置10包括在支撑件100的每个面上成对设置的四个相同的分压器110。

支撑件的长度l为76mm，宽度l为29mm，厚度e为1.6mm。

每个分压器110包括串联电连接并且根据第一级111和第二级112布置的电阻器120，每个级包括四个电阻器120。分压器110可以各自包括在第一级111的端部180的区域中串联连接的称为“基本电阻器”181的电阻器。

电阻器120可以由氧化钌制成，并且可以具有3.16×10⁶欧姆的电阻。

第二级112沿着长度l彼此平行地布置，前面101的第二级112可能相对于后面102的第二级112沿宽度l错开距离0.5mm(在图3中)，使得一面的第二级112的任何电阻器没有面对、甚至部分地面对布置在另一面上的另一电阻器。

第一级111同样布置成使得一个面上的一行偶数电阻器122a和另一面上的一行奇数电阻器123a均不面向任何一行电阻器。这种配置允许将铠装层140的表面限制到图6中所示的第二表面160。在行122a和123a的区域中不需要屏蔽串扰。

铠装层140相继地包括厚度为200μm的由电介质材料制成的层，其插入在每层厚度为17.5μm的两层铜之间。对于铠装层140，将其插入两层各自厚度为650μm的电介质材料之间。因此，支撑件100的厚度为约1.6mm。

可以通过连接器200(诸如rj45以太网连接器)将第一级111的自由端180或基本电阻器181(如该情况下的)连接到电压测量装置。

电绝缘装置10(图7a)可以包括设计成提供更好的绝缘、更好的机械强度和防水性的模制件(图7b)和包覆模制件(图7c)。

用于模制的材料可在温度和机械应力下具有轻微的尺寸变化，以及良好的介电强度和与电子部件的化学相容性，从而不会使内部组分劣化。例如，用于模制的材料可以由热塑性纤维聚酯构成，例如：rynitetm415hp。

电绝缘装置10同样可以包括在连接器200的区域中的保护片240，以保证ip2x的保护(图9a和9b)。所述保护片同样可以包括设计成每个容纳指示连接电缆已被插入或移除的密封件的两个开口。密封件同样防止任何无意的错误操作。

该装置同样可以包括接地端子220。接地端子220使得可以在安装过程期间将根据本发明的绝缘装置容易地适应于中压或低压中性系统的类型。此外，接地端子有助于增加对电磁干扰的抵抗力。

最后，电绝缘装置10可以包括固定到导轨250(例如din导轨)(图8)的固定器件230。例如，固定器件230可以包括弹簧安装的止动系统。可替代地或另外地，固定器件可以包括telequick^tm固定。

在后面的实施例中描述的元件和特征可转用到本发明中描述的其它实施例。

根据本发明的电绝缘装置10可以以模块的形式存在并且与与现有技术的已知方案相比尺寸减小。因此，它可以固定到将其它元件组合在一起的电气面板。

该装置不需要任何电源工作，并且它呈现线性电气特性。

电气面板可以将设置在导轨(如din导轨)上的一组模块(例如mv模块和lv模块)组合在一起。

根据本发明的绝缘装置10满足iec60664-1，iec60255-27，iec60255-5标准的要求，并且能够确保在维护和/或监视电气设备(例如家用设备)器件工人的安全。

根据本发明的绝缘装置10同样包括由无源线性部件(电阻器120)制成的分压器，由此确保待测电压的线性缩放。因此，绝缘装置10满足了测量质量的要求标准。