CN102800450A - 无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体 - Google Patents

Abstract

水冷电阻器组合体采用并联内水路结构，其由独立的内水路1和内水路2组成，在并联水路中分布有两只电阻芯，每只电阻芯同时分布在内水路1和内水路2内，同时分布在内水路1和内水路2的同一只电阻芯呈串联电路关系。两个电阻芯一个为大功率电阻芯，采用多头并列引出防腐结构，焊接在大内电极上；另一个为小功率电阻芯，采用塑料包裹合金丝防腐结构，焊接在小内电极上；大、小内电极上均焊接防腐电极，在两只电阻芯之间增加空气隔离带。本发明的有益效果是：所述水冷电阻器组合体可使直流工况下水冷电阻器的工作寿命提高N倍以上；增加防腐电极，满足客户对电阻器高寿命的要求；空气隔离带可消除局部放电，使该产品可用于电力系统的高压装置中。

Description

无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体

一、所属技术领域

本发明属于水冷电阻器领域。 

二、背景技术

现有的水冷电阻器组合体，是在一个绝缘水壳主板上开一条连续的水槽，水槽的一端接进水口，另一端接出水口，在主板上镶嵌有四个电极，该电极的一端伸进水槽，另一端穿过电阻壳引到外面作为电阻器的引出端，将两条独立的合金电阻带(或丝)安放在水槽内，用点焊机将每根合金电阻带(或丝)的两端点焊在不同的电极上，再将水槽封闭形成连续的密封水路。工作时，电压加在电阻器的引出端，冷却水从进水口流入，通过密封水路时将浸在水中的合金电阻带(或丝)产生的热量带走。 

该结构在高压及直流工况下存在以下缺陷： 

1.相邻的两个电阻器之间在高压下有局部放电。 

绝缘水壳是通过模具注塑成型，成型后会在壳内残留气孔，工作时的高压会使两只电阻之间的绝缘墙内的气孔产生局部放电，反复的局部放电会蚕食绝缘墙，缩短电阻器组合体的使用寿命。 

2.在直流工况下，合金电阻带将被电解腐蚀。 

在直流工况下，水中的电阻合金带会被电解腐蚀，电解腐蚀的特点是保护阴极，腐蚀阳极，相邻两圈合金带中高电位的那圈被腐蚀，越靠近正电极的合金带被腐蚀的速度越快，所以靠近正极焊点附近的合金带被腐蚀的最严重，并最终从此处断开，造成电阻器彻底失效。 

在电阻值较高，功率较小，所用线径较细的情况下，快的几十分钟便被腐蚀断。 

三、发明内容

为解决上述方案中存在的缺陷，本发明提供了一种无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体的方案及其制作方法。 

本发明是通过以下技术方案实现的： 

水冷电阻器组合体的内水路采用并联水路结构，并联水路由独立的内水路1和内水路2组成，在并联水路中分布有两只电阻芯，每只电阻芯要同时分布在内水路1和内水路2的水路内，同时分布在内水路1和内水路2的同一只电阻芯呈串联电路关系。所述两个电阻芯一个为大功率电阻芯，采用多头并列引出防腐结构，焊接在大内电极上；另一个为小功率电阻芯，采用塑料包裹合金丝防腐结构，焊接在小内电极上；在相邻两只电阻芯之间增加空气隔离带。 

所述并联水路结构是将普通水冷电阻器的单一水路变为由内水路1和内水路2组成的双水路结构，两条内水路中间有一道隔水墙，两条内水路呈对称分布，在两条内水路两端的隔 水墙被打通，在一端的打通处形成分流口，分流口通向进水口，在另一端的打通处形成汇流口，汇流口通向出水口。 

所述串联电路是指在空气隔离带的一侧，电阻在离空气隔离带不远处进入内水路1，顺着内水路1延伸到空气隔离带同一侧的分流口(或汇流口)，穿过分流口(或汇流口)进入内水路2，顺着内水路2向空气隔离带延伸，在快接近空气隔离带时穿出内水路2；另一只电阻在空气隔离带另一侧按相同的方式进行安装。 

以上两结构的综合特点是：将截面积为A的单条水路变成截面积为A/2的两条水路，截面积未变，但两条水路的路径增加了1倍，电阻合金带在两条水路中所占水路路径长度也增加了1倍。 

下面对电阻合金带所占水路路径长度和电解腐蚀速度的关系做一分析： 

当两个电极的垂直截面积、水的电阻率不变的情况下，电解液即水的阻值R可由下式求的： 

R＝L·ρ/F

式中，ρ：水的电阻率；F：电极的垂直截面积，当ρ与F为常数时，其比值可用a代表，上式可表示为： 

R＝aL 

再根据下列公式： 

I＝U/R 

M＝kQ＝kIt(法拉第电解第一定律) 

整理可得：t＝MLa/kU 

式中，t：电解腐蚀时间；M：电解腐蚀的物质质量；k：物质的化学当量；F：电极的垂直截面积；Q：电解池通过的电荷量；I：通过电解液电流；R：电解液即水的阻值；U：两极间的直流电压。其中：k，a为物质物性常数。 

从上式可看出：当U不变时，要腐蚀掉相同的物质质量M，L越长所需要的电解腐蚀时间t也越长，t和L成正比关系。 

根据上式的推论，可得出在并联水路串联电路方案中，电阻合金带所占水路路径增加了1倍，电阻合金带的直流工作寿命也增加1倍。 

所述多头并联引出防腐结构，是在电阻带每个端头的两边点焊总数为N(N为1到4之间的自然数)、材质和电阻带相同、长度为电阻带总长度百分之几的金属带，电阻带端头由1个引出头变为1+N个引出头，成为多头并联引出电阻芯，将多头并联引出电阻芯放进水路，将一端的1+N个引出头连接到同一个电极上，再将另一端的1+N个引出头全部连接到另一个电极上，形成多头并联引出防腐结构。 

在电解腐蚀中，靠近正极的电阻合金带被腐蚀得最严重，该结构将腐蚀最严重区域的合金带数量由1根增加到N+1根。使电阻合金带的直流工作寿命提高N倍。 

所述塑料包裹合金丝防腐结构，在制作电阻的合金丝表面包裹一层塑料，但两端头裸露，在裸露的两端头各点焊一截较粗的耐腐蚀金属丝，用热塑管将焊点和裸露的合金丝包裹密封， 将经过以上加工的合金丝制作成电阻芯，合金丝两端较粗的耐腐蚀金属丝作为电阻芯的引出端，将该电阻芯装入水路，将电阻芯两端的引出端分别连接到两个电极上。 

在该结构中，较粗的耐腐蚀金属丝本身具有优良的耐电解腐蚀特性，可以保证长时间可靠工作；合金丝被塑料包裹，与水隔绝，没有电解腐蚀产生，可以长时间可靠工作；因包裹的塑料对散热有影响，该方案只限用于小功率电阻。 

本发明的另一创新点在于在适当的位置(大内电极，小内电极处)选用合适材质的防腐电极，通过选用不同重量和材质的防腐电极可满足客户对产品的不同寿命要求，根据大量试验数据结合理论研究总结出计算公式W＝AIt，可计算出所需防腐电极的重量，A为所选用材料的防腐系数；I为设计电流，单位为安培；t为设计寿命，单位为年；W为所需防腐电极的重量，单位为千克。通过理论计算以及加速试验验证，该电阻器理论寿命最高可达40年。 

所述空气隔离带是在并联水路主板上的两只电阻芯之间有一段10mm左右的空气带，两电阻芯之间的介质由塑料-空气-塑料组成。由于空气的介电常数远小于塑料，所以两只电阻芯之间的空气隔离带内部的电场强度远远大于塑料内部的电场强度，由于空气介质内部均匀，当宽度足够时，在空气隔离带内部不会出现局部放电；在塑料内部的电场强度很小，塑料本身的耐受电场强度又很高，塑料本身不会产生局部放电；由于塑料内部的电场强度很小，隐藏在塑料中的气孔内部的电场强度也相应减小，且低于空气的耐受电场强度，也不会产生局部放电，从而实现了无局放要求。 

本发明的有益效果是：采用并联水路串联电路、多头并联引出防腐结构、塑料包裹合金丝防腐结构可使直流工况下水冷电阻器的工作寿命提高N倍以上；增加防腐电极，可满足客户对电阻器高寿命的要求；在相邻两个电阻芯之间增加空气隔离带消除局部放电，使该产品可用于电力系统的高压装置中。 

四、附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

图1-a是并联水路主板主视图示意图； 

图1-b是图1-a的左视图示意图； 

图2是并联水路侧板示意图； 

图3-a是多头并列引出电阻芯主视图示意图； 

图3-b是图3-a的右视图示意图； 

图4是塑料包裹合金丝电阻芯示意图； 

图5是并联水路串联电路主板示意图； 

图6-a是无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体主视图示意图； 

图6-b是图6-a的左视图示意图。 

图中1代表：隔水墙1；2代表：水槽2；3代表：并联水路主板焊接线3；4代表：分流口4；5代表：汇流口5；6代表：进水口6；7代表：出水口7；8代表：大内电极8；9代表：外电极9；10代表：粗导线10；11代表：小内电极11；12代表：细导线12；13代表空气隔离带；14代表： 并联水路侧板焊接线14；15代表：电阻带15；16代表：防腐金属带16；17代表：焊点17；18代表：外接头18；19代表：塑料包裹合金丝19；20代表：骨架20；21代表：耐腐蚀金属丝21；22代表：热塑管22；23代表：防腐电极23。 

五、具体实施方式

所述无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体制作方法(在本实例中，多头并联引出防腐结构的N＝2，塑料用含氟塑料，耐腐蚀金属丝用316L)： 

1.制作并联水路主板：先制作并联水路主板模具，用该模具注塑出材质为PVDF的图1-a和图1-b所示的并联水路主板。图1-a和图1-b所示的并联水路主板结构如下： 

a)图1-a和图1-b所示的并联水路主板中间有一道隔水墙1，两条水槽2对称分布在隔水墙1的两边，水槽2有连续闭环的并联水路主板焊接线3；在对称分布的两条水槽2两端的隔水墙1被打通，在一端的打通处形成分流口4，分流口4通向进水口6，从进水口6流入的水在分流口4一分为二，分别流向对称分布的两条水槽2；在另一端的打通处形成汇流口5，汇流口5通向出水口7，对称分布的两条水槽2的水在汇流口5合二为一，从出水口7流出。并联水路主板还应镶嵌有两个大内电极8、两个小内电极11、四个外电极9； 

b)相邻两个电阻之间有两条空气隔离带13。 

2.制作并联水路侧板：先制作并联水路侧板模具，用该模具注塑出材质为PVDF的图2并联水路侧板。图2并联水路侧板结构如下：有并联水路侧板焊接线14，该焊接线和并联水路主板焊接线3对应，在将图2并联水路侧板和图1并联水路主板焊接后水槽2应变为连续的密封水路； 

3.制作多头并列引出电阻芯：取材质和电阻带相同、长度为电阻带15总长度百分之几的金属带作为防腐金属带16，在电阻带15每个端头的两边各放一段防腐金属带16，两边防腐金属带16的端头和中间电阻带15的端头对齐，用点焊机在防腐金属带16中部将2段防腐金属带16和电阻带15点焊在一起，形成焊点17，防腐金属带16末端不用焊接，便制成图3-a和图3-b所示的多头并列引出电阻芯； 

4.制作塑料包裹合金丝电阻芯：在合金丝的表面包裹一层特氟龙保护层，称其为塑料包裹合金丝19，将塑料包裹合金丝19绕在四个骨架20上，将两端头的特氟龙去掉露出合金丝，在每个端头裸露的合金丝上点焊一截耐腐蚀金属丝21，用特氟龙热塑管22将焊点和裸露的合金丝包裹密封，便制成图4塑料包裹合金丝电阻芯； 

5.制作并联水路串联电路主板：在图1并联水路主板的空气隔离带的一侧，将图3多头并列引出电阻芯一端的外接头18的三个引出头点焊在一个大内电极8上，将图3多头并列引出电阻芯的一半放进水槽2，另一半穿过分流口4(或汇流口5)放进隔水墙1另一侧的水槽2内，将图3多头并列引出电阻芯另一端的外接头18的三个引出头全部点焊在另一个大内电极8上，用两根粗导线10将两个大内电极8和两个外电极9分别接上，得到一个并联水路串联电路的电阻；在空气隔离带的另一侧，将图4塑料包裹合金丝电阻芯一端的耐腐蚀金属丝21点焊在一个小内电极11上，将图4塑料包裹合金丝电阻芯的一半放进水槽2，另一半穿过 汇流口5(或分流口4)放进隔水墙1另一侧的水槽2，将图4塑料包裹合金丝电阻芯另一端的耐腐蚀金属丝21点焊在另一个小内电极11上，用两根细导线12将两个小内电极11和两个外电极9分别接上，得到另一个并联水路串联电路的电阻； 

6.制作防腐电极：选用在水溶液中电位低于电阻丝的材料作为防腐电极23，防腐电极形状为长条型、U型或环型，分别焊接在两个大内电极8和两个小内电极9之上； 

7.制作无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体：用焊板机将两块图2并联水路侧板焊接在图5并联水路串联电路主板的两侧，便制成图6-a和图6-b所示无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (7)

1.一种无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，在其密封水路内装有两个电阻芯，冷却水从密封水路的进水口流入，吸收密封水路内各电阻芯产生的热量后从密封水路的出进水口流出，其特征是：无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体的内水路采用并联水路结构，并联水路由独立的内水路1和内水路2组成，在并联水路中分布有两只电阻芯，每只电阻芯要同时分布在内水路1和内水路2的水路内，同时分布在内水路1和内水路2的同一只电阻芯呈串联电路关系。所述两个电阻芯一个为大功率电阻芯，采用多头并列引出防腐结构，焊接在大内电极上；另一个为小功率电阻芯，采用塑料包裹合金丝防腐结构，焊接在小内电极上；大内电极、小内电极上焊接防腐电极，在相邻两只电阻芯之间增加空气隔离带。

2.根据权利要求1所述的无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，其特征是：内水路1和内水路2中间有一道隔水墙，两条内水路呈对称分布，在两条内水路两端的隔水墙被打通，在一端的打通处形成分流口，分流口通向进水口，在另一端的打通处形成汇流口，汇流口通向出水口。

3.根据权利要求1所述的无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，其特征是：所述串联电路是指在空气隔离带的一侧，电阻在离空气隔离带不远处进入内水路1，顺着内水路1延伸到空气隔离带同一侧的分流口(或汇流口)，穿过分流口(或汇流口)进入内水路2，顺着内水路2向空气隔离带延伸，在快接近空气隔离带时穿出内水路2；另一只电阻在空气隔离带另一侧按相同的方式进行安装。

4.根据权利要求1所述的无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，其特征是：所述多头并联引出防腐结构，是在电阻带两个端头的两边点焊总数为N(N为1到4之间的自然数)、材质和电阻带相同、长度为电阻带总长度百分之几的金属带，电阻带每个端头均有1+N个引出头，装入水路后一端的1+N个引出头连接到同一个电极上，另一端的1+N个引出头全部连接到另一个电极上。

5.根据权利要求1所述的无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，其特征是：在制作电阻的合金丝表面包裹一层塑料，但两端头裸露，在裸露的两端头各点焊一截较粗的耐腐蚀金属丝，用热塑管将焊点和裸露的合金丝包裹密封，将经过以上加工的合金丝制作成电阻芯，合金丝两端较粗的耐腐蚀金属丝作为电阻芯的引出端，将该电阻芯装入水路，将电阻芯两端的引出端分别连接到两个电极上。

6.根据权利要求1所述的无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，其特征是：所述防腐电极选用在水溶液中电位低于电阻丝的材料作为防腐电极，防腐电极形状为长条型、U型或环型，分别焊接在两个大内电极和两个小内电极之上，通过选用不同重量与材质的防腐电极可满足客户对产品不同的寿命要求。

7.根据权利要求1所述的无局放、耐电解腐蚀的水冷电阻器组合体，其特征是：所述空气隔离带是在并联水路主板上的两只电阻芯之间有一段10mm左右的空气带，两电阻芯之间的介质由塑料-空气-塑料组成。

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