CN103109340B - 机电超温保护元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超温保护元件，其特别适用于光伏设备，然而也可以应用于其他的具有露天布线的电气设备的内部和外部区域。该超温保护元件包含一个适用于光伏设备的插头连接装置和外壳，该外壳同轴地包裹插头连接装置。该外壳由管状元件（1）形成，该管状元件的两个正面以顶板（2、3）封闭。当外壳闭合的时候插头连接装置也闭合，其中插头连接装置的插座（11）与一个顶板（2）相连，而插头（13）与另一个顶板（3）相连。此外在两个顶板（2、3）之间夹紧压力元件（4）。至少一个顶板（2）以热熔胶（8）固定在管状元件（1）上。在发生火灾时热熔胶（8）软化，至少一个顶板被推出管状元件（1），插头连接装置断开并且电气连接断开。

Description

机电超温保护元件

技术领域

本发明涉及一种超温保护元件，其特别适用于光伏设备，然而也可以应用于其他的具有露天布线的电气设备的内部和外部区域。在光伏设备中的该超温保护元件作用为，将处于危险状态下的各个光伏模块断开。此外该超温保护元件满足所有的对适用于光伏设备运行的连接元件所提出的电气技术要求和安全技术要求。

背景技术

在光伏设备中，单个光伏模块通常以串联的形式连接。在日照强烈的情况下，在串联电路的终端可以出现高达1000V的直流电压和8至16A的电流。在发生危险的情况下，例如在安装光伏设备的屋顶架发生火灾时，或者当机动车与露天设备发生碰撞时，对于救援人员和事故中涉及的人员存在致命的危险，即，接触到威胁生命的电压或者电流。

目前用于露天的光伏设备的安全措施在仅限于安装防护网。安装在房顶上的光伏设备不需要安全措施，因为很难接触到该光伏设备。

由于光伏设备的数量和尺寸的持续增加，由光伏设备引起的电击造成人员受伤，在最糟糕的情况下甚至造成死亡。因此必须为光伏设备的运行增加额外的安全措施。

根据现有技术已知的目的为降低光伏设备的电击危险的解决方法或者至少应用于此目的的解决方法很少。

在US4,380,001A中描述了一种保险装置，其在电流和温度值被超出时都能够进行电气断开。为此在外壳的各个分离的腔体内放入熔断丝元件和温度敏感的元件。两个元件串联。温度敏感的元件可以是松脂涂层焊接金属或者是双金属-温控开关。当超过临界温度值时，焊接金属熔化并且温控开关断开。

原则上该保险装置即使在火灾引起温度上升时也能断开电路。但是既不能通过使用焊接金属也不能通过温控开关实现在对最高1000V的电压的安全而持久的断开。

在JP11040838A中给出了，将温度保险单元连接到光伏模块的输出线上，其目的在于，降低在火灾过程中或者火灾过后的由电击对维修人员或者服务人员造成的危险。此处没有详细地给出温度保险单元的工作方式。

为了避免在断开光伏设备时产生的火花电弧，由于高的电压需要一个相对大的断开距离。然而在该文献中没有描述，如何以温度保险单元实现这样的断开距离。此外两种保险装置都具有这样的缺点，即，正如在进行维修时通常必要的，维修人员的击打或者碰撞不会触发保险装置。

在DE102008027189A1中介绍了一种用于光伏设备的超温保护元件，其在危险状态下将单个光伏模块分离。该超温保护元件由一个两部分的保险主体构成，该主体中安装一个由插头管脚和插座组成的、可分离的电气连接元件以及一个预张紧的压缩弹簧。优选地，保险主体的两个部分在一侧具有开口，其中一个部分的开口扩开，而另一个部分的开口侧插入扩开的开口中。为了压缩弹簧不使两个部分相互挤压，插入部分的外壁和开口扩开部分的内壁焊接在一起。

虽然借助超温保护元件可以在发生火灾时安全地断开光伏模块，然而也应该可以通过机械触发。因为连接保险装置主体的两个部分的焊接点不仅受到高的、始终存在的由弹簧引起的剪切力，而且暴露在环境影响（例如温度波动、潮湿和UV照射）中，焊接点经常在几个月后就脱落了由此导致光伏模块的不可控制的断开。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的缺点。

特别是提供一种用于光伏设备或者其它具有露天布线的电气设备的超温保护元件，其在超过温度边界值（例如火灾情况下）或者机械撞击或冲击情况下安全地、持久地断开单个光伏模块，然而避免不希望的跳闸。此外该超温保护元件满足所有的对适用于光伏设备运行的连接元件所提出的电气技术要求和安全技术要求。

根据本发明，该目的通过权利要求1所述的特征实现，有利的设计方案和应用在权利要求2至9中给出。

出发点是，用于光伏设备的机电超温保护元件（也可以以同样的方式用于其他具有露天布线的电气设备的内部和外部区域）含有适用于光伏设备的插头连接装置（其由插座和插头构成）和一个外壳（其同轴地包裹插头连接装置）。外壳由管状元件构成，该管状元件的正面由顶板封闭。在外壳中有一个以一定压力预张紧的压力元件，例如螺旋弹簧，在两个顶板之间张紧。

根据本发明，将插头连接装置的插头固定在一个顶板的朝向外壳里面的一侧，而插头连接装置的插座固定在另一个顶板上。在顶板的外侧分别有连接元件，这些连接元件与插头或者插座电气相连。外壳的几何形状根据插头连接装置调整为，在外壳闭合时，插头连接装置也闭合。然而，一旦外壳打开，具体方式为压力元件将管状元件的至少一个顶板挤开，插头连接装置脱落，电气连接断开。

至少一个顶板具有在闭合的外壳内的、并且设置在管状元件的纵向方向上的第一区段，其中顶板的正面的几何形状设置为这么大，即，其完全覆盖管状元件的正面。通常顶板的正面大约选择为与管道元件的外直径大小相等。顶板在面对管状元件的一侧具有第二个区段，其正面正好比管状元件的内径小这么多，即，第二区段可以推进管状元件，其中在第二区段的侧壁和管状元件的内壁之间没有更大的空气缝隙存在。

在第二区段的侧壁和管状元件的内壁引入至少一个凹槽。在外壳闭合的情况下，第二区段的侧壁的凹槽与管状元件的内壁的凹槽相对，因此两个凹槽共同形成一个空腔体。在每一个这样形成的空腔体内将一个缺口引入管状元件的壁，该缺口终止于空心腔体。通过该缺口向空心腔体填入熔化材料，该材料的熔点位于120至250℃。适宜的材料例如为由聚酰胺制成的商业热熔胶。该热熔胶具有这样的优势，即，其很大程度上对气候影响具有抵抗力，特别是比许多金属（例如焊锌）更具抵抗力。

只要在空心腔体内注入的熔化材料呈固态，顶板就能保证不被作用在其身上的弹簧压力压出管状元件。在火灾时，熔化材料变软，顶板被推出管状元件，插头连接装置断开。在实践中不会发生失灵，因为熔化材料位于外壳的内部由此得到非常好的保护不受气候影响。

在优选的设计形式中，管状元件具有圆形的横截面。第二区段的侧壁的凹槽和管状元件的内壁的凹槽分别形成为环绕的沟槽，其通过管状元件上的钻孔以热熔胶填充。通过热熔胶凝固形成O形环，只要热熔胶还保持固态，就能通过该O形环使顶板得到保险不被推出管状元件。

超温保护元件在一侧设有受热时脱落的顶板，在另一侧设置有固定的顶板。

类似于受热时脱落的顶板，固定的顶板具有沿管状元件纵向设置的（在闭合的外壳中的）第一区段，其同样完全覆盖管状元件的正面开口。顶板面向管状元件的一侧同样具有第二区段，其正面选择为，小于管状元件的内径，即，固定顶板的第二区段也能够推入管状元件。为了不被压力元件的弹性力推出，顶板通过定位销固定，该定位销垂直地穿过管状元件的壁并且被引入直达固定顶板的第二区段的钻孔。优选为此设置三个定位销，它们鉴于环绕管状元件的截面的圆形几何形状彼此以120°的角度错置。

还可以考虑这样的变体，其中顶板的第二区段不是位于管状元件的内部，而是顶板形成罩子的形式，并且顶板的第二区段通过管状元件的顶端罩上。

为了在触发的超温保护元件中保证高的接触安全性，插头连接装置的插头和插座都以绝缘外套包裹，该绝缘外套即使在外壳打开的情况下也包裹插头和插座的电气触点。

此外设置，管状元件以脆性的材料（例如陶瓷或者陶土）制成。这样在救援行动中可以通过用消防斧击打来触发还未受到火烧的光伏模块的超温保护元件。

在光伏设备的电气线路中特别简单的集成实现了，将超温保护元件作为已经存在的插头连接装置的中间件。为此可以将一个顶板的连接元件作为插座而另一个顶板的连接元件作为已经存在的插头连接装置的插头来实施。

附图说明

接下来借助一个实施例详细阐明根据本发明的超温保护元件，图1中示出了超温保护元件的纵剖面图和两个顶板的俯视图。

附图标记说明

1管状元件/陶瓷管

2顶板（以热熔胶固定）

2.1以热熔胶固定的顶板的第一区段

2.2以热熔胶固定的顶板的第二区段

3顶板（固定连接）

3.1固定连接的顶板的第一区段

3.2固定连接的顶板的第二区段

4压力元件/压缩弹簧

5凹槽/环形沟槽（顶板中）

6凹槽/环形沟槽（陶瓷管中）

7缺口/钻孔

8熔化材料/热熔胶

9定位销

10钻孔（用于定位销）

11插座

12以热熔胶固定的顶板/光伏-组装插头的连接元件

13插头

14固定连接的顶板/光伏-组装插座的连接元件

具体实施方式

如图1所示，超温保护元件的外壳由陶瓷管1构成，该陶瓷管的正面通过在有热量影响的时候脱落的顶板2和与陶瓷管1固定连接的顶板3封闭。两个顶板2、3分别具有第一区段2.1、3.1，该第一区段完全覆盖陶瓷管1的正面的开口并且连接第二区段2.2、3.2，该第二区段推入陶瓷管1。以一定压力预张紧的螺旋弹簧4位于外壳的里面。

为了避免弹簧4将顶板2向外推，在顶板2的区段2.2的侧壁引入环形沟槽5，在陶瓷管1的内侧引入环形沟槽6。两个沟槽5、6彼此正对并且共同形成空腔体，该空腔体通过钻孔7以热熔胶8（例如聚酰胺）填充。在通常的运行温度下，热熔胶8是固态并且形成阻止顶板2的移动的O形环。顶板3以若干个定位销9与陶瓷管1固态（即使在高温情况下）相连，若干个定位销装入以120°错置的钻孔10。

顶板2的朝内的一侧载有以塑料管包裹的插座11，外侧作为连接元件12载有标准化的光伏-组装插头。相应地，顶板3的朝内的一侧是耐高温的塑料包裹的插头13，外侧作为连接元件14与标准化的光伏-组装插座固定。为了组装超温保护元件只需要将已经存在的光伏模块的标准化的插头连接装置断开，将超温保护元件作为中间件插入。

在火灾时热熔胶8软化，顶板2由弹簧4向外推压，借此由插座11和插头13形成的插头连接装置断开并且电气连接断开。或者也可以，通过有目的的击打（例如借助消防斧）而破坏掉易碎的陶瓷管1。因为插座11和插头13由耐高温且抗击打的塑料（热固性塑料）包裹，实际中也可以避免在打开或者破坏的外壳中的电气触点发生接触。

Claims (9)

1.一种用于光伏设备的机电超温保护元件，所述超温保护元件具有一个适用于光伏设备的插头连接装置，所述插头连接装置由插座(11)和插头(13)构成，以及所述超温保护元件还具有同轴地包裹插头连接装置的外壳，其中所述外壳由管状元件(1)形成，所述管状元件的两个正面以顶板(2、3)封闭，在外壳中，在两个顶板(2、3)之间夹紧以一定压力预张紧的压力元件(4)，其中在所述顶板(3)的朝向外壳内部的一侧固定插头连接装置的插头(11)并且在顶板(2)的朝向外壳内部的一侧固定插头连接装置的插座(13)，并且顶板(2、3)的外侧是与插座(11)和插头(13)电气相连的连接元件(12、14)，其中外壳的几何形状这样选择，当外壳闭合的时候插头连接装置也闭合，其中至少一个顶板(2)在管状元件(1)的纵向具有第一区段(2.1)和与它相连的、朝向管状元件(1)一侧的第二区段(2.2)，所述第一区段的顶板(2)的正面的几何形状这样选择，所述第一区段的正面完全遮盖住所述管状元件(1)的正面的开口，而所述第二区段的正面的几何形状这样选择，第二区段(2.2)的正面正好能够推入管状元件(1)，在第二区段(2.2)的侧壁和管状元件(1)的内壁引入至少一个凹槽(5、6)，在外壳闭合的时候，第二区段(2.2)的侧壁的至少一个凹槽(5)正对着管状元件(1)的内壁的至少一个凹槽(6)，在管状元件(1)的壁内引入至少一个直达管状元件(1)的内壁的凹槽(6)的缺口(7)，借助所述缺口以熔化温度为120至250℃的材料填充由两个正对的凹槽(5、6)形成的空腔体，所述材料在固态时如此坚固，从而虽然有弹簧力作用于顶板(2)，还是能够保证顶板不被挤压出管状元件。

2.根据权利要求1所述的机电超温保护元件，其特征在于，所述管状元件(1)具有圆形的横截面，其中第二区段(2.2)的侧壁和管状元件(1)的内壁的至少一个凹槽(5)分别形成为环绕的环形沟槽，并且在所述管状元件(1)的壁内设计至少一个缺口(7)作为钻孔。

3.根据权利要求2所述的机电超温保护元件，其特征在于，除了受热脱落的顶板(2)以外，置入与管状元件(1)固定相连的板子作为第二顶板(3)，所述第二顶板在管状元件(1)的纵向具有第一区段(3.1)和与此相连的、朝向管状元件(1)一侧的第二区段(3.2)，所述第一区段的顶板(3)的正面的几何形状这样选择，所述正面完全遮盖住所述管状元件(1)的正面的开口，而所述第二区段的正面的几何形状选择为小于管状元件(1)的内径，从而使所述第二区段(3.2)能够推入管状元件(1)，并且顶板(3)借助若干个定位销固定连接在管状元件(1)上，所述定位销垂直地穿过管状元件(1)的壁并且被引入直达顶板(3)的第二区段(3.2)钻孔(10)。

4.根据权利要求3所述的机电超温保护元件，其特征在于，与所述管状元件(1)固定相连的顶板(3)借助三个定位销(10)固定，所述定位销鉴于环绕管状元件的截面的圆形几何形状彼此以120°的角度错置。

5.根据权利要求1所述的机电超温保护元件，其特征在于，所述适用的插头连接装置的插头(13)和插座(11)以绝缘外套包裹，所述绝缘外套即使在超温保护元件被触发的情况下也包裹插头(13)和插座(11)的电气触点。

6.根据权利要求1所述的机电超温保护元件，其特征在于，以热熔胶填充由所述凹槽(5、6)形成的空腔体。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的机电超温保护元件，其特征在于，所述管状元件(1)由脆性材料制成。

8.根据权利要求7所述的机电超温保护元件，其特征在于，所述管状元件(1)由陶瓷或者陶土制成。

9.根据权利要求1所述的机电超温保护元件插置在已有的插头连接装置中的应用，其中一个顶板(2)的连接元件作为光伏-组装插座(12)并且另一个顶板(3)的连接元件作为光伏-组装插头(14)实施为已有的插头连接装置类型。