[发明专利]熔丝元件

说明书

技术领域

本发明涉及包括多个电容器子单元的功率电容器器件，由此，每个电容器子单元受到与电容器子单元串联连接的内部熔丝元件的电保护。

本发明还涉及组装在电容器组中并由公共外壳中的多个电容器子单元构成的高功率电容器，由此，电容器子单元被与电路并联地和串联地电连接。此类电容器组能够例如用于中压或高压电网中的功率因数修正系统。

背景技术

中压和高压电网中的功率因数修正系统需要在大电容器组中组装的高功率电容器。单独电容器通常由单个外壳中的多个较小电容器子单元构成。较小的电容器子单元被以串联和并联电路的不同变化连接以便满足特定应用的要求。然而，如果单个电容器子单元出现故障，则整个电容器组件通过此子单元放电，导致甚至可能导致电容器外壳的故障、所谓的壳体爆裂的强弧。此故障模式然后能够导致总电容器组的完全故障。

作为增加此类电容器组中的安全性的手段，可以从电容器器件的外部用单独串联熔丝来保护单独电容器器件。然而，这种解决方案是昂贵的，并且始终导致单个电容器器件的完全损失，其必须被尽快地交换。为了避免电容器器件的完全损失，可以用电容器器件内部的单独熔丝来保护单独电容器子单元。这种解决方案具有优点，即在故障的情况下仅损失单个电容器子单元，并且整个电容器组未被破坏并继续几乎无阻碍地工作。

此问题的一般技术解决方案是与单独电容器子单元串联连接的单导线熔丝元件。然而，由于涉及每个子单元几千伏的高压，所以熔丝需要相当长，例如通常在长度上为100mm及以上，同时通常是铜导线的导线的直径通常在0.3至0.5mm之间。在某些应用中，将多个这些熔丝安装在单个卡片纸板上以便容易搬运（handling）。还可以用纸、聚合物或陶瓷壳将单独的熔丝导线相互分离，以避免单个电容器外壳中的响应和非响应熔丝之间的非故意交互。在某些产品中，将熔丝单独地安装在每个电容器子单元而不是公共板上。在本领域中还已知通过将熔丝的两端处的导线与附加导线扭绞来减小熔丝电阻和因此的附加功率损失的一部分。另一已知设计并行地使用两个导线，以便减小熔丝电阻并增加作用积分∫I²dt，其必须被实现以用于使用响应，因此减少被放电至故障电容器元件中的能量。一般地在集成到电容器中之前将两个导线焊接到铜条。

关于单个导线，这种技术的缺点是导线R直径的熔丝响应I²t值的相关性与R⁴成比例，并且因此是非常陡的。因此，在熔丝生产和搬运期间源自于颈缩、强弯曲、拉伸等的与标称直径的甚至轻微的局部偏差导致熔丝响应值的大的偏差。并且，具有很好地限定的直径的铜导线的可用性是有限的，由此，在陡峭的熔丝响应特性曲线上只能选择熔丝响应值的粗步幅。另外，单导线熔丝产生由标称电流下的欧姆损失而引起的显著量的热。熔丝的两端处的扭绞的多股电流引线的使用能够部分地减少这些损失。

并行地使用两个导线的优点是相比于单导线解决方案而言显著地减少热损失，并且还降低了对导线直径偏差的敏感度。然而，该制造更加复杂，使得更多的焊接连接必须，这增加成本和故障风险。

文献US 2010/0224955 A1公开了包括由能够在半导体衬底上形成张力的材料制成的电介质中间层的器件和方法。此外，在第一电介质中间层上形成具有比第一电介质中间层更强的张力的熔丝金属。因此，能够防止熔丝熔断时的熔丝残余物的形成。此外，能够减小在熔丝熔断时施加的激光的能量和光斑尺寸。此外，能够防止对相邻熔丝的损坏，并且能够切割由难以使熔丝熔断的材料制成的熔丝。此外，由于使用聚合物系列材料作为电介质中间层，所以能够相当大地减少配线线路之间的耦合效应。

发明内容

本发明的目的是与现有技术相比增加此类功率电容器或电容器组中的安全性。应改善可制造性和搬运。应减小熔丝生产期间的公差以及初始故障。应容易地形成要求的熔丝形状。

由根据主权利要求的功率电容器器件和根据辅助方法权利要求的制造其的方法来解决该目的。

根据一方面，由自支撑细长熔丝金属条内的至少一个细长凹坑来提供包括由至少两个平行金属子条形成的有源熔丝响应部分的熔丝元件。

根据另一方面，用以下步骤来执行用于制造熔丝元件的方法，即：提供包括通过在自支撑细长熔丝金属条内产生至少一个细长凹坑形成的至少两个平行金属子条的有源熔丝响应部分。

该解决方案通过使用包括薄聚合物基层的复合材料作为薄金属箔的加强来得到低电阻、低成本、容易制造且可靠的具有小公差的熔丝。