CN117748177A - 用于电气设备的保护壳体和包括这种壳体的电气设备 - Google Patents

Abstract

该用于电气设备的电绝缘保护盒(2)包括至少一个电气母线(4)，该保护盒包括至少两个外壳(8、10)，每个外壳(8、10)包括用于在接合区处围绕母线的至少一部分的内表面，所述内表面的至少50％的区域与接合区的导电元件直接接触。

Description

用于电气设备的保护壳体和包括这种壳体的电气设备

本申请是2019年05月22日递交的发明名称为“用于电气设备的保护壳体和包括这种壳体的电气设备”，申请号为201910427939.9的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于电气设备的保护盒以及一种包括这种保护盒的电气设备。

背景技术

电气设备比如电气配电板通常包括一个或多个母线，这些母线通过相导电，允许电流分配在设备内部。母线可以连接到其他母线或电气装置的连接区域。

例如如在文献EP0435772B1中所述，已知一种电绝缘保护盒的使用，其安装在两个母线之间或母线和电气装置之间的接合区处。当电气设备运行时，这种保护盒特别防止在带电导电元件之间形成电弧。

已知保护盒的一个缺点是它们的形状并不总是对应于母线和/或电气装置之间的接合区的几何构造。在实践中，电气设备可以具有彼此相比非常不同的多种构造，并且难以预先设想适合所有这些构造的保护盒的形状。另外，保护盒通常由模制塑料制成，因此从工业角度来看，为每种理论上可能的构造设计和制造盒模是不可行的。

因此，经常安装的保护盒对应于若干种构造，其形状与接合区的形状不同，因此这些接合区仅由这种保护盒不完美地保护。

特别地，这种形状差异经常导致母线和盒的内壁之间存在间隔，在该间隔中形成空气间隙，该空气间隙被捕获在保护盒内。当电气设备运行时，由母线中的电流流通引起的焦耳效应产生的热量导致空气间隙的温度升高。朝向保护盒外部的散热是有限的。结果是加热可能在降低配电设备性能的程度上变得显著，可能损害电气设备的安全性和完整性。

因此，需要一种解决上述缺点的用于电气设备的保护盒。

发明内容

为此，本发明涉及一种用于电气设备的电绝缘保护盒，其包括至少一个电气母线，该保护盒包括至少两个外壳。每个外壳包括用于在接合区处围绕母线的至少一部分的内表面，所述内表面的至少50％的区域与接合区的导电元件直接接触。

因此，通过增加在接合区处与母线及其连接系统接触的盒的内表面，捕获在盒内并与母线直接接触的空气容积降低。因此减少了与加热相关的性能下降的风险。

根据本发明的有利但非强制性的方面，这种保护盒可以包含以下特征中的一个或多个，单独地或根据任何技术上可接受的组合：

-接合区包括紧固件元件，比如螺钉或螺栓，用于将所述母线固定到接合区中的导电元件，并且接触表面包括中空部分，其限定用于容纳紧固件元件的头部的壳体。

-在紧固件元件和容纳壳体的侧壁之间布置有非零径向间隙。

-外壳包括用于将外壳可逆地附接到彼此的互补的紧固件部件，比如与相应形状的狭槽相关的条带。

-条带的宽度在5mm和20mm范围内，厚度在2mm和4mm范围内。

-至少一个壳体包括用于在两侧围绕母线的相对的侧壁，所述壁的尺寸形成为具有负间隙，也就是说相对于彼此的间隔小于母线的相应尺寸。

-负间隙在0.1mm和0.8mm范围内。

-保护盒通过增材制造工艺制造，例如选择性激光烧结的工艺或者通过熔融沉积成型。

-盒的至少一个外壁包括集成在外壁中的定制标记，例如浮雕，特别用于显示识别码或产品部件号或者用于识别温度测量区，该温度测量区限定用于外部温度传感器的优选定位位置。

根据另一方面，本发明涉及一种电气设备，比如电气配电板，包括至少一个电气母线，其连接到导电元件，比如另一电气母线或电气装置，该电气设备包括在所述母线和另一导电元件之间的接合区处安装在所述母线上的电绝缘保护盒，保护盒如前所述。

附图说明

根据保护盒的实施例的描述，将更好地理解本发明且其他优点将更清楚地显现，描述仅作为示例给出并且参考附图进行，其中：

-图1示意性地示出了包括根据本发明第一实施例的保护盒的第一电气设备；

-图2示意性地示出了图1的保护盒的分解图；

-图3示意性地示出了包括根据本发明第二实施例的保护盒的第二电气设备；

-图4和5在两个不同的方向上示意性地示出了图3的保护盒的第一部分；

-图6和7在两个不同的方向上示意性地示出了图3的保护盒的第二部分；

-图8和9在两个不同的方向上示意性地示出了图3的保护盒的第三部分。

具体实施方式

图1示出了第一电气设备1，其设置有用于保护接合区的保护盒2，接合区确保电气母线4与设备1的另一导电元件之间的电连接，这里是与电气装置6的连接区域。例如，设备1是电气配电板。

母线4是导电材料的母线，优选地是金属材料，特别是铜或铝，其用于在电气设备1中输送和分配电流。

这里的电气装置6是电气开关装置，比如断路器或接触器，或者用于家庭或工业用途的配电或电计量装置。

保护盒2允许在母线4和装置6之间确保接合区的保护。为此，盒2旨在安装在接合区上。

一方面，盒2确保机械保护，防止与属于接合区的导电元件意外接触，并且还防止设备1外部的元件插入。

盒2优选是密封的，例如对实心主体的防护等级优于或等于标准IEC 60529定义的防护等级IP4x。

另一方面，盒2是电绝缘的并且由电绝缘材料制成，例如由塑料材料制成。这使得尤其可以避免在设备1运行时在设备1的导电元件之间形成电弧。

通常，盒2包括至少两个外壳(或许更多)，用于组装以形成盒2。每个外壳包括用于与母线4接触的内表面，以便在接合区处围绕母线4的至少一部分，所述内表面的至少50％的区域与接合区的导电元件直接接触(在这种情况下，与母线或装置的连接区域或连接件接触)，并且优选为所述内表面的至少60％或75％或80％的区域。

通过增加与接合区处的母线接触的盒的内表面，减少了捕获在盒内并与母线直接接触的空气容积。因此减少了加热的风险。换句话说，盒2可以通过其定制的形状粘附到母线4和接合区。

另外，由于存在气隙，很难(或许不可能)从已知的盒外部精确地测量母线4的温度。例如，通过将温度传感器或非接触式温度测量装置放置在已知盒的外壁上，由于被困在盒的壁和母线4之间的气隙，所测量的温度不代表母线4的真实温度。相反，对于盒2，这种测量很容易在盒2的壁上实现，它们与母线4直接接触或者更通常与接合区中的导电元件直接接触。测量也更能代表真实的温度。

根据实施方式示例，当接合区包括用于将所述母线4固定到另一导电元件的紧固件元件比如螺钉或螺栓时，则接触表面有利地包括中空或圆顶部分，优选为椭圆形或圆形形状，其限定了用于容纳紧固件元件头部的壳体。

形成容纳壳体的底部的内壁优选地与紧固件元件的头部直接接触，紧固件元件的头部由于连接到母线并且通常由金属材料制成，因此通常也是带电的。例如，该内壁的面积包括在上述内表面的总面积中。

在实践中，紧固件元件和容纳壳体的侧壁之间的径向间隙被获准，以便于盒2的安装。

根据特别有利的实施例，盒2通过增材制造工艺制造，例如通过选择性激光烧结工艺或通过熔融沉积物建模工艺或者通过其他等效工艺制造。

增材制造允许盒2在工业上“定制”或者在小批量生产中制造，这取决于设备1的接合区的特定几何构造。这比制造特定模具以便随后通过模制制造盒2更容易实施。

例如，为了定制用于给定设备1的盒2，基于设备1的数字三维模型或基于设备1的形状的数字地形记录来实施先前的设计步骤。

有利地，增材制造还允许添加集成在盒2的外壁中的定制标记，例如浮雕，特别是用于显示盒2的识别码或产品部件号，其可以特定于盒2的每个制造的模型。

作为变型，标记还可以用于通过与盒成一体的浮雕标记来识别温度测量区，从而限定外部温度传感器的优选定位位置或非接触式温度测量装置(例如红外相机)的视觉位置。测量区优选地布置在盒2的壁上，该壁用于与连接区的导电元件特别是与母线4直接接触。

图1和2更详细地示出了盒2的实施例的示例。这里的母线4竖直定向，并且接合区形成在母线4的下端。连接区域形成在装置6的前面的上端。母线4和连接区域在这里通过未详细描述但在图1中可见的连接件连接，这里的连接件是接合区的一部分。

然而，应理解的是，盒2的其他形式和构造也是可能的，以便适应于要在其上组装盒2的连接区域的形状。

这里的盒2包括第一外壳8和第二外壳10，第一外壳8用于放置在母线4的后部，第二外壳10用于与第一外壳8互锁并且放置在母线4的前部以便覆盖连接区域。

第一外壳8包括在此水平延伸的主要部分20、上次要部分22和下次要部分24。次要部分22、24从主要部分20的相对端部沿相反的方向垂直于主要部分20竖直地延伸。这里的每个外壳8、10都是一体制造的。

每个部分20、22和24包括内表面，当盒2处于安装配置时，该内表面用于与母线4直接接触。

例如，部分20的内表面26用于与母线4的下端接触。部分24的内表面28用于与连接件的背面接触。

外壳8包括侧边缘30，其在部分20、22和24的相应侧边缘上朝向盒2的内部延伸。在上部分22上，侧边缘30限定用于容纳母线4的背部的上狭槽32。在所示的示例中，主要部分20的一个侧边缘30由折叠壁34在小于或等于表面26的宽度的一半的距离上延伸，折叠壁34朝向外壳8的内部向内拐，同时平行于表面26延伸。当安装盒2时，折叠壁34有利地用作引导元件。

有利地，盒2的外壳8和10包括用于将外壳8和10可逆地彼此附接的互补的紧固件部件，例如凸形和凹形紧固件元件，特别是与相应形状的狭槽相关的条带或钩。

为此，外壳8包括条带36、38、40和42，这里数量为四个，但作为变型，该数量可以是不同的，例如在2和10范围内。一个外壳的条带优选地彼此间隔开大于或等于80mm的间距。例如，条带垂直于与母线4接触的外壳的内表面。

条带36、38、40和42在此是相同的，因此下面对条带的描述可以转置到外壳8的其他条带。

还应理解的是，作为变型，条带可以布置在外壳10上而不是外壳8上，或者可以在外壳8和10之间共用。相应的狭槽然后相应地设置在外壳8上和/或在外壳10上。

在该示例中，每个条带36、38、40和42从外壳8的侧边缘30(也就是说在平行于部分20的方向上)朝向外壳8的前部(也就是说在外壳10的方向上)纵向延伸。

例如，条带36安装在部分22的左侧边缘30上，条带38组装在部分20的右侧边缘30上，且条带40和42组装在部分24的相对的侧边缘30上。

每个条带36、38、40和42包括呈叶片形状的柔性纵向主体44，其一个后端46与侧边缘30成一体，且其一个前端包括头部48(这里呈钩形)。

一旦条带插入狭槽中，头部48邻接狭槽的边缘并防止条带通过向后平移而离开狭槽，从而使得，如果希望从狭槽移除条带，则必须随后使纵向主体44有意地变形。

附图标记E1表示纵向主体44的厚度，附图标记L1表示纵向主体44的宽度。附图标记L2表示在头部48的基部和端部边缘50之间测量的纵向主体44的长度。

根据说明性示例，宽度L1在5mm和20mm范围内，优选地在8mm和12mm范围内。厚度E1在2mm和4mm范围内，优选地等于2.5mm。

这里选择长度L2，以便在空载时在外壳8和10之间具有负间隙，从而有助于外壳8和10一旦安装在母线4上并且通过紧固件部件固定就压在母线上并彼此压在一起。标记为LN的负间隙例如在0mm和1mm范围内，优选地在0和0.2mm范围内。

例如，还为纵向主体44限定了第一子长度L3和第二子长度L4(未示出)，它们在这里是根据条带在互补狭槽中的位置而被限定的。在实践中，当条带插入狭槽中时，外壳8向前抵靠着外壳10的一部分，例如突起—形成放置在外壳10上至狭槽后部的隆起。

第一子长度L3对应于一方面插入条带的狭槽和另一方面外壳8压靠着的止动件之间测量的纵向主体44的长度。第二子长度L4对应于狭槽和纵向主体44的基部之间的长度。子长度L3和L4的总和等于长度L2。例如，值L2-L4在长度L3和值L3-LN范围内。

第二外壳10在此包括竖直延伸的主要部分52和朝向外壳10的后部垂直于主要部分52延伸的上部分54。主要部分52形成盒2的前面。

上部分54限定用于容纳母线4的基部的容纳容积V54，并且包括上狭槽56，其延伸外壳8的狭槽32以便容纳母线4。

当组装盒2时，外壳8的上部分22关闭后部的容积V54，并且外壳8的部分20的内表面26从下方关闭容积V54。部分52在大于外壳8的下部分24的长度的长度上竖直延伸。

附图标记60表示部分52的主内壁，附图标记62表示上部分54的侧壁。

部分52有利地包括如前所述的中空或圆顶部分64。这些圆顶部分在这里数量为两个，并且这里允许容纳元件的头部，用于紧固从装置的前面突出的接合区，如图1所示。

在该示例中，外壳10还包括与条带36、38、40和42互补的狭槽66、68、70。这里的狭槽数量为四个，但由于所选择的取向，在图2中仅可见三个。条带38的狭槽未示出。狭槽66、68和70分别与条带36、42和40配合，并且在此彼此相同。例如，每个条带的宽度在5mm和20mm范围内，优选地在8mm和12mm范围内。每个条带的厚度在2mm和4mm范围内，优选地等于2.5mm。

根据优选的实施方式，盒2的两个相对的侧壁之间的距离旨在两侧围绕母线4，当盒2未安装在母线4上时测量的该距离小于或等于母线4的厚度。

通过这样，在相对的侧壁之间获得负间隙或负尺寸公差，以便对盒2施加预应力，并且一旦盒处于安装构造时就有助于盒2的内壁与母线4机械接触。作为说明，负间隙在0.1mm和0.8mm范围内。

例如，对于外壳8的侧壁30以及外壳10的侧壁62实施这样的负间隙。根据变型，这样的负间隙可以用于母线4的尺寸而不是它的厚度，例如它的宽度。负间隙也可以用于接合区的任何其他导电元件。

图3至9示出了根据本发明第二实施例的保护盒102。盒102具有与盒2相同的功能，并且前面参照盒2描述的内容在此适用，特别是就盒的保护和制造方法而言。这里仅详细描述与第一实施例中描述的盒2相比的形状和外观的差异，只要上面对保护盒的一般描述可以转置到盒102即可。

图3示出了第二电气设备100，其设置有用于保护接合区的保护盒102，接合区确保两组第一水平电气母线104、106和一组竖直电气母线108之间的电连接，母线108的上端位于所述组条104和106之间。

母线104、106和108类似于母线4并且实现类似的功能。这里的接合区形成在母线108的上端，例如借助于导电元件，比如金属件，将母线104、106和108永久地连接在一起。

盒102包括一对第一外壳110、一对第二外壳112和一对第三外壳114，它们围绕接合区组装在一起。这里的每个外壳110、112、114制成一体。

在该示例中，每对的外壳彼此相同。在图3中，附图标记110'用于区分该对第一外壳110的两个相同模型。这同样适用于附图标记114'。

外壳112安装在母线108的上端，例如围绕连接件。外壳110旨在围绕外壳112联接在一起。外壳114安装在母线104、106的外侧并且连接到外壳110。

如图4和5所示，外壳114包括主壁120，其设置有形成壁120的背面的内表面122。

在该示例中，壁120还包括两个中空或圆顶部分124、126，如前所述且例如类似于部分64。圆顶部分124、126的内表面分别带有附图标记128和130。

外壳114还包括紧固件部件，这里是凹形的，呈狭槽132和134的形状。狭槽134在壁120的下边缘下方突出延伸，而狭槽132在壁120的上边缘上突出延伸。

有利地，形成在壁120的侧边缘上的引导结构136相对于壁120朝向外壳114的后部垂直地延伸。结构136具有一个叉形端138，其包括两个平行的夹爪，其作用在下面定义。

如图6和7所示，外壳110包括以直角弯曲的两个部分140和142，其形成限定内部壳体的封套，内部壳体出现在下狭槽144上以便容纳母线108的上端。换句话说，外壳110盖住竖直母线108的上端。

部分142还包括侧开口146，其布置在前面上并且由圆形部分顶上覆盖。开口146由竖直突片148横向限定，竖直突片148平行于部分142的前面，但是通过呈椭圆形的竖直空间150与其相隔一定距离布置。

条带类型的紧固件部件152垂直于部分142的前面突出延伸。狭槽类型的两个紧固部件154、156形成在部分140的同一侧的狭槽144的边缘上。

有利地，部分140和142的壁包括类似于先前描述的那些的中空或圆顶部分158。

如图8和9所示，外壳112限定第一壳体160和两个辅助壳体162和164，其壁通过连接部分166连接到第一壳体160的壁。壳体160包括类似于突片148的竖直突片168。

这里，壳体162的侧壁包括两个类似于前述的那些的中空或圆顶部分170，并且壳体160在其一个壁上包括这样的圆顶部分172。

条带类型的两个紧固件部件174、176分别从壳体164和162的外侧壁竖直延伸。条带类型的第三紧固部件178从壳体160的下外侧壁延伸。

盒102的紧固件部件类似于先前描述的盒2的那些，并且上述尺寸规则和值适用于此。

当盒102组装并安装在设备100中时，突片168与突片148对齐。侧母线104容纳在由外壳114'和112界定的开口150中，并且侧母线106容纳在由外壳114和112界定的开口150中。此外，条带152容纳在狭槽132中，并且条带178容纳在狭槽134中。条带174和176分别容纳在狭槽154和156中。

上面设想的实施例和变型可以组合在一起以产生新的实施例。

Claims (5)

1.一种用于电气设备的电绝缘保护盒(2；102)，包括至少一个电气母线(4；104、106、108)，该保护盒包括至少两个外壳(8、10；110、110'、112、114、114')，其特征在于，每个外壳(8、10；110、110'、112、114、114')包括用于在接合区处围绕母线的至少一部分的内表面，所述内表面的至少50％的区域与接合区的导电元件直接接触，所述保护盒通过增材制造工艺制造，例如选择性激光烧结的工艺或者通过熔融沉积成型，所述盒(2；102)的至少一个外壁包括集成在该外壁中的定制标记，例如浮雕，特别用于显示识别代码或产品部件号或者用于识别温度测量区，该温度测量区限定用于外部温度传感器的优选定位位置，所述温度测量区布置在盒(2；102)的壁上，该壁用于与连接区的导电元件直接接触，所述外壳(8、10；110、110'、112、114、114')中的至少一个包括用于在两侧围绕母线的相对的侧壁，所述壁的尺寸形成为具有负间隙，也就是说相对于彼此的间隔小于母线的相应尺寸，并且其中，所述负间隙在0.1mm和0.8mm范围内。

2.根据权利要求1所述的保护盒，其特征在于，所述接合区包括用于将所述母线固定到接合区中的导电元件的紧固件元件，比如螺钉或螺栓，并且，接触表面包括中空部分(64；124、126、158、170、172)，其限定用于容纳紧固件元件的头部的壳体。

3.根据权利要求2所述的保护盒，其特征在于，在所述紧固件元件和容纳壳体的侧壁之间布置有非零径向间隙。

4.根据权利要求1所述的保护盒，其特征在于，所述条带的宽度(L1)在5mm和20mm范围内，厚度(E1)在2mm和4mm范围内。

5.一种电气设备(1、100)，比如电气配电板，包括至少一个电气母线(4；104、106、108)，其连接到导电元件，比如另一电气母线或电气装置，所述电气设备包括在所述母线和另一导电元件之间的接合区处安装在所述母线上的电绝缘保护盒(2；102)，其特征在于，所述保护盒(2；102)根据前述任一项权利要求所述。