控制电阻完整性的方法和装置 |
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| 申请号 | CN201280064044.X | 申请日 | 2012-11-30 | 公开(公告)号 | CN104011480B | 公开(公告)日 | 2017-07-18 |
| 申请人 | 特莫瓦特股份公司; | 发明人 | C·卡皮塔尼利; | ||||
| 摘要 | 一种用于控制多层绝缘 电阻 (10)的一或多层绝缘层(13)的完整性的控制装置(C)，其中所述一或多层绝缘层(13)是连续的层(13)，限制于其最外铠装层(11)和最内铠装层(12)之间。所述控制装置(C)设有 电路 (20.a；20.b；20.c；20.d)，所述电路(20.a；20.b；20.c；20.d)具有与所述最外铠装层(11)和最内铠装层(12)连接的连接点(A、B)、与所述连接点(A、B) 串联 的 低 电压 电流 发生器(22)、以及切断所述多层绝缘电阻(10)的电源的间接切断装置(23)和/或直接切断装置(R；26；30)。所述电流发生器(22)适合于在所述一或多层连续的绝缘层(13)的介质功率下降的情况下产生足够启动所述间接切断装置(23)和/或直接切断装置(R；26；30)的电 力 和 短路 电流(Icc)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于控制具有多层绝缘层的加热元件的一或多层绝缘层(13)的完整性的控制装置(C)，其中所述一或多层绝缘层(13)是限制于它们的最外铠装层(11)和最内铠装层(12)之间的连续的绝缘层，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 控制电阻完整性的方法和装置技术领域[0002] 因此本发明属于水加热元件的领域，尤其是用于贮水式电热水器的水加热元件；但更广义而言，该水加热元件用于使用浸没式加热元件的任何家用电器，例如洗碗碟机和洗衣机，或者用于浴室中的浸没式热水器。 背景技术[0004] 在粉末靠自身重量插在铠装层和保持垂直的电炉丝之间时，需要振动铠装层以使该粉末更为紧凑。 [0005] 根据现有技术，构成电阻铠装层的管由金属材料制成。以前通常使用铜合金，现在也会使用铝、不锈钢和钛合金，因为这些金属不容易因贮藏热水的金属缸发生贾凡尼效应(galvanic effect)出现腐蚀。 [0006] 在氧化镁粉末插在铠装层和电阻丝之间后，由已公知的技术压紧粉末，例如锤打或滚动。 [0007] 然后用适合的密封树脂密封充满绝缘粉末的电阻两端，以防止该粉末漏出和湿气进入；然后在电阻的两端各配置一个连接器(例如“Faston”连接器)，以连接各电源供应装置；最后，将如此制成的直线电阻弯曲和/或卷绕以获得所需的最终形状，甚至复杂的形状(例如U形、锯齿形、螺旋形等)。 [0008] 以下为方便说明，把只有一种电绝缘状态的上述提到的浸没式电加热元件统称为“标准铠装电阻”。 [0009] 到目前为止，标准铠装电阻由标准材料和技术制造，基本上保证了良好的操作。然而，标准铠装电阻并非没有缺点，其最大缺点当然在于铠装层和绝缘材料有可能被刺穿，或在于在任何情况下，氧化镁粉末因密封不好而吸收了湿气，结果使电阻丝和电阻浸入的水之间出现短路风险。 [0010] 事实上，铠装层破损使容纳在贮水缸的水接触电阻丝，从而使水和所有连接电阻丝的导电部件带电。 [0011] 另一方面，考虑到生产过程中粉末的使用没有任何替换方案，必须使用一种不但易于压紧而且适合与电阻丝直接接触的材料。事实上，在操作时电阻丝的温度达到数百度。 [0012] 如果要遵守制造热水器和制造供电系统的安全规范，外面的铠装层破损不应危害使用者。事实上，热水器的所有金属部件及电力系统接地，而且更设有断流器匣。 [0013] 然而，安全规范并不总是得到遵守。电力系统可能因疏忽而没有接地；或者就如在某些国家未提供断流器匣。 [0014] 设有双重绝缘层的浸没式电阻大大降低短路发生的可能性，这已经部分地解决了上述一类问题。 [0016] 同样，由于树脂密封的瑕疵，所述第二绝缘层在任何情况下也有湿气进入的风险。 [0017] 在上述中国专利文献CN201298931Y中，并没有提供控制装置以检查电阻的正常运作，亦即检测该电阻的损耗情况并在电阻元件和贮水之间出现刺穿和短路时保护使用者。 [0018] 日本专利JP7208805同样涉及设有多层绝缘层的铠装电阻，提出了检查该多层绝缘层的完整性的装置。该专利提供一种装置，测量内部电阻丝的最外层铠装层的电阻。 [0019] 因此，除非电阻丝与供电网络切断，否则不能执行上述测量。这要求一种切断电阻的装置，因此必然地，对电阻的监测不会连续地发生，而是间断地进行。上述日本专利JP7208805教导时间间隔为24小时。每次测量会评估测量所得的电阻值与储存的电阻值之间的差异。如果该差异超过预定的阈值时，电阻就被认为有故障。因此，该教导方法可以表示绝缘值缓慢地下降，但不可以防止突然发生的故障。再者，所述测量程序的复杂程度远远超过安全装置所允许，对安全装置的可靠性而言，简单就是最佳保障之一。 [0020] 类似日本专利文献JP7208805，德国专利DE19940988提供了一种方法，该方法用于在电阻的两个端子都与主电源强制切断后，控制电阻的一或多层绝缘层的完整性。 [0021] 专利文献DE199409855测量电阻丝的电阻率，其所描述的系统也适用于单绝缘层的电阻。再者，在该文献中，通过使用检查分流器，电阻端子与主电源切断以及与测量电阻的电阻率的仪器连接。如果测量所得的电阻率太高，表示电阻被断开；如果测量所得的电阻率太低，表示在绝缘层中出现短路。当然，重要的是能否确定短路出现。另一方面，检测电阻断开并不重要，因为这并不涉及危险情况。再者，电阻不能加热当然已表示存在这样的故障。 [0022] 因此，上述方法不能进行连续监测，要求周期性停用电阻。再者，该等方法需要昂贵的额外装置，例如检查分流器和用于检查绝缘层的完整性的测量仪器。最后，这些方法是特别针对单绝缘层的电阻而设计的。 [0023] 在下文中，将具有两层或以上同心绝缘层的浸没式电加热元件统称为“多层绝缘电阻”，其中每层绝缘层由内至外限制在相应的金属铠装层内。当然，在大部分实际情况下，这样的多层绝缘电阻仅指双层绝缘电阻。 [0024] 这样的多层绝缘电阻代表了安全有了改善，然而可以看出，上述的用于监测多层绝缘电阻的完整性的装置和方法仍未能令人满意。 发明内容[0025] 本发明的目的之一是通过提供连续监测装置和方法来至少部分消除上述缺点，所述装置和方法在多层绝缘电阻的一或多层电绝缘层出现劣化后，立即发出信号，该信号用于提示使用者和/或自动地将所述电阻与主电源切断。 [0028] –图1示意地示出双层绝缘电阻以及在最外绝缘层的电绝缘劣化时发出警报的警报电路； [0029] –图2示意地示出双层绝缘电阻以及根据第一变型的在最外绝缘层的电绝缘劣化时发出警报的警报和跳闸电路； [0030] –图3示意地示出双层绝缘电阻以及根据第二变型的在最外绝缘层的电绝缘劣化时发出警报的警报和跳闸电路； [0031] –图4示意地示出双层绝缘电阻以及根据第三变型的在最外绝缘层的电绝缘劣化时发出警报的警报和跳闸电路； 具体实施方式[0032] 以下使用附图中的附图标记描述本发明的特征。 [0033] 在所有附图中，附图标记10表示双层绝缘电阻，本发明的描述将基于该双层绝缘电阻，以下将双层绝缘电阻统称为“多层绝缘电阻10”。 [0034] 在不同的变型中，大写英文字母C表示用于控制双层绝缘电阻10的外绝缘层的完整性的装置。 [0035] 附图标记22表示低电压电流发生器，由电源保持充电的蓄电池组成，或优选地由简单的电池组成，取其非常低的成本，因为其在断开电路中，所以可以持续使用多年。电源由主电源供应，其至少一个缺点是在主电源停电时不能运作。然而，也可向所述低电压电流发生器22提供普通变压器，改变主电源电流的电压。 [0038] 附图标记24表示可能电阻(以下称为“校准电阻24”)，用于校准在以下说明的电路20.a、20.b、20.c和20.d中的信号装置23的终端所允许的电流降和电压降。 [0039] 在所述电路20.a、20.b、20.c和20.d中，大写英文字母A和B分别表示与双层绝缘电阻10的外铠装层11和内铠装层12的连接点。 [0040] 在图1中，电流发生器22施加压差于最外铠装层11和最内铠装层12之间，但是由于有最外电绝缘层13，最外铠装层11和最内铠装层12相互电绝缘，故此施加的压差没有产生电流循环。 [0041] 电流发生器22的电压和功率足够使信号装置23和在下文中说明的其他装置获得能量而导通，这只在最外绝缘层13的介质功率下降的时候才发生，其中电流发生器22的电压和功率足够允许上述导通所需的短路电流Icc通过。 [0042] 上述类型的信号装置23已公知由远低于危险数值的电压(在2V至3V的范围内)导通，因此所述一个电流发生器22所施加的电压可以在这个范围之内。 [0043] 在图1所示的电路20.a已表示出该电路的所有元件。因为恒定地向连接点A和B施加一电压，所以能连续地监测外绝缘层13的状态，一旦外绝缘层13的电阻值因介质功率损失而下降，电路20.a就会产生短路电流Icc，随后信号装置23发出使用者可察觉的警报信号。 [0044] 然而，在这一点上，适合的做法是，定期测试蓄电池或电池22的充电状态，或在任何情况下检查总电流发生器22的效率和/或电路20.a的至少一部分的完整性。这可通过提供检查开关21来实现，假如电流发生器22是有效的而且电路20.a是完整无缺的，当检查开关21被按下后，信号装置23会导通。同样的装置可以设置在后面的电路20.b、20.c和20.d中，这些电路将在稍后说明。 [0045] 因此，在电路20.a中，信号装置23有双重功能： [0046] –主要功能，即表示外绝缘层13的状态； [0047] –次要功能，即表示蓄电池或电池22的充电状态和电路20.a的完整性。 [0048] 已公知，在多数恒温热水器内设有热防护装置，该热防护装置设有大体由双稳态双金属圆盘组成的热敏元件，如果该双稳态双金属圆盘达到高于一定阈值的温度，表示调温的恒温器出现故障，会跳闸以使其曲面反转。以此方式，该热防护装置不可逆转地把连接电加热元件与主电源的两个电触点都断开。 [0049] 较不常见但仍然有人使用的有其他类型的热防护装置(例如其中的热敏元件为保险丝)，基于其他原理，当热敏元件达到高于预定值的温度时，所述其他类型的热防护装置会一起作用。这样的热防护装置的共同特征是，热敏元件同时用作致动器，意味着这是一种机械性改变，由电阻触点断开所引起的温度变化导致该种机械性改变。这样的热防护装置在下文中将称为“机电热防护装置”。 [0050] 如果双层绝缘电阻10用于设有上述类型的热防护装置的电器，例如热水器等等，于是有利地可以使用图2所示的本发明的变型。在图2的电路20.b中，电路20.a的所有元件都包含在内，还加上一个或多个电阻R，所述电阻R的功率只有几个W(优选地2W至6W)。 [0051] 这样的电阻R设置在非常接近机电热防护装置(未示出)的热敏元件的位置，以便如果电路20.b因外绝缘层13的介质功率下降而闭合，循环的短路电流Icc足以加热所述热敏元件至使得所述热防护装置跳闸。考虑到所需的电力极小，所述电阻R是非常小型的，而且可以安置在安装了所述热敏元件的容器的外部和/或内部。 [0052] 换言之，在本发明的上述变型中，表示电绝缘劣化的电流信号转换成温度信号，以在故障发生时使安全装置跳闸，此机制在任何情况下都在热水器中提供，但专门设计为保护热水器免受加热而非免受电绝缘异常。 [0053] 电路20.b可以设计成与电路20.a一样，除非添加电阻R与信号装置23串联连接，如同在电路20.a一样，电路20.b的信号装置23可维持信号装置的双重功能：表示绝缘层13的状态和发生器22的充电状态。 [0054] 然而，优选的变型实际上如图2所示，其中已添加另外一个信号装置23，该另外的信号装置23设置在与电阻R的电路并联、并与检查开关21串联的一个电路中。 [0055] 原因在于，当检查开关21用于检查电池22的充电状态时，如果电阻R与该检查开关21串联，尤其是如果按下检查开关21的按钮的时间有少许延迟，电阻R可能加热至导致热防护装置跳闸的温度点，于是需要技术支援服务人员介入以进行复位。 [0056] 相反地，由于电路20.b有主动安全性，所以电路20.b中的信号装置23只是优选地提供，就本发明的基本目的而言并非必要。同样地，在后面提到的电路20.c和20.d中，这样的信号装置23也不是必要的。 [0057] 参看图3所示的变型，该变型示出了设有非机电热防护装置的电子恒温器T。事实上，在这类型的恒温器中，收到浸没在热水中的温度探针的信号后，热防护装置(以下称为“电子热防护装置”)经常跳闸。 [0058] 电路20.c设有光学绝缘子26，在介质功率开始下降时产生的短路电流信号Icc通过光学绝缘子26被传送至设有电子热防护装置的电子恒温器T。优选地由电路20.c的循环短路电流Icc直接使光学绝缘子26的LED发光。所述光学绝缘子26的光电池连接至一般存在于上述电子恒温器T的触点。这样，信号发送至恒温器T，恒温器T与上述的温度探针那样产生同样的效果，即导致电子热防护装置跳闸。 [0059] 如果短路电流Icc直接流过光学绝缘子26的LED，可能需要设置与光学绝缘子26的LED串联的校准电阻24。 [0060] 光学绝缘子26可以被任何其他传送装置取代，该传送装置由短路电流Icc施加能量而导通并与电子恒温器T相容。 [0061] 当然，电子热防护装置只能在有主电源电压时才启动，但这是电子热防护装置的内在限制，而不是本发明的内在限制(同样地在没有主电源电压的情况下电阻不会运作)。 [0062] 在任何情况下，光学绝缘子26的LED维持发光，直至电流发生器22的充电用完为止，这段时间估计在一个月之内，因此电子热防护装置可以在主电源电压恢复后立即启动。 [0063] 如图所示，这样的电路同样可以设有信号装置23，信号装置23可以有双重功能：表示外绝缘层13的状态以及蓄电池或电池22的充电状态。如上所述，该信号装置在没有主电源供电的情况下依然能运作。 [0064] 某些情况下，双层绝缘电阻10在使用时不需要机电热防护装置或电子热防护装置；用于加热敞开式容器的水(例如直接加热浴缸的水)的电阻就属于这种情况。 [0065] 现在参看图4，电路20.d示出了用于切断双层绝缘电阻10的切断装置，该切断装置没有使用现有的机电热防护装置或电子热防护装置。 [0066] 图4还示出了一种可用的恒温器40，其设有双重安全开关41和单调节开关42，但要强调此不是本发明的要点。 [0067] 除了已描述的电流发生器22、检查开关21、以及具有上述提到的表示绝缘层13的状态和蓄电池或电池22的充电状态的双重功能的信号装置23外，电路20.d还设有双稳态继电器开关30，所述双稳态继电器开关30具有打开/闭合开关33的第一线圈31和第二线圈32。 [0068] 首先，开关33由装置制造商按下复位开关34的按钮来闭合，以使第一线圈31导通。该复位开关34优选地设置在使用者不能接触的位置，对于本发明，可以把复位开关34视为双稳态继电器30的一部分。 [0069] 任选的恒温器40，不论选用哪种类型，都能控制双层绝缘电阻10的正常操作。 [0070] 在外绝缘层13的电阻的介电常数下降的情况下，电流在电路[A–B–32–22–24–23–A]循环并且线圈32被导通，这会打开开关33。 [0071] 为了在图中显示清晰，图4示出的双稳态继电器30只打开连接于双层绝缘电阻10的其中一极，但是显然地，使用一个双稳态继电器30和/或两个双稳态继电器是可以打开两极的，因为这是热防护装置强制要求的。 [0073] 综合以上关于双层绝缘电阻10的描述，根据本发明，通过恒定地在双层绝缘电阻10的外铠装层11和内铠装层12之间施加一压差，只要双层绝缘电阻10的外绝缘层13的电阻一出现下降，就可以获得表示所述电阻下降出现的电信号Icc。 [0074] 事实上，通过使用上文所示的方法，只要所述电阻下降一出现，就会产生短路电流Icc。短路电流Icc能够启动一种装置，该装置适合于直接或间接切断所述双层绝缘电阻10的电源，其中： [0075] –间接切断装置是信号装置23，引致使用者介入； [0076] –直接切断装置是电阻R或光学绝缘子26或双稳态继电器30或其等同物，将双层绝缘电阻10与主电源切断； [0077] 以及，其中间接切断装置23及直接切断装置的R、26或30可以同时存在，但并非必要，每个所述切断装置本身易于恢复安全状态。 [0078] 电流发生器22优选地为电池，因为其为独立于主电源电压的简单装置。再者，那样的电池只要不使用，其电荷可以维持数年。 [0079] 然而，如上所述，普通低电压变压器可以用作电流发生器22，降低来自市电主电源的电流的电压。 [0080] 尽管所示的信号装置23可以在电压仅是2V至3V的情况下启动，优选地电流发生器22使用3V至24V的电池，能确保这样的电容量以维持信号装置23运作(无论信号装置23是LED或蜂鸣器)约一个月，以引起刚回来的使用者的注意，即使该使用者曾离开一段长时间。 [0081] 为了使电流发生器22与信号装置23相容，适合的做法是在电路20.a、20.b、20.c和20.d中提供校准电阻24。 [0082] 如本领域的技术人员所知，电流发生器22所产生的电力足以启动可能的机电热防护装置或电子热防护装置或双稳态继电器30或线圈31。在不脱离本发明的保护范围的情况下，本发明可以有其他变型体。 [0083] 虽然本说明书结合双层绝缘电阻10描述本发明，但是本说明书提供的教导可以延伸至有两个以上绝缘层的多层绝缘电阻10，其中最外绝缘层13限制于最外层铠装层11和随后的第二层铠装层12之间，而最内绝缘层14限制于电阻丝15和最内层铠装层12之间。当然，在双层绝缘电阻10中，如上所述，所述第二层铠装层12与最内层铠装层12是同一层。 [0084] 限制于两层连续的铠装层11和12之间的每层绝缘层可以由相应的控制装置C个别监测；或者，限制于最外层铠装层11和最内层铠装层12之间的多层连续的绝缘层可以由单一控制装置C集中监测，在后一种情况下，单一控制装置C只会在所有封闭的绝缘层劣化时，才发出信号表示异常。 [0085] 就可靠性和生产简单性而言，本发明的优点是显而易见的。 [0086] 本发明的另外一个优点在于，多层绝缘电阻10的主电源切断装置是可能的，该切断装置可以使用任何现有的热防护装置。 [0087] 本发明的另外一个优点在于，按下检查开关21能验证装置的效率状态得到，籍此模拟的异常状态启动信号装置23。 |
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