DE102006052021A1

DE102006052021A1 - Varistor mit drei parallelen Keramikschichten

Info

Publication number: DE102006052021A1
Application number: DE102006052021A
Authority: DE
Inventors: Rih-Lang Luo
Original assignee: Energetic Technology Co
Current assignee: Energetic Technology Co
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-11-03
Publication date: 2007-05-24
Also published as: CA2567133A1; FR2893178B1; KR20070049570A; CA2567133C; KR100824090B1; TW200719553A; FR2893178A1; US20070103268A1; AU2006235877B2; US7623019B2; AU2006235877A1; GB0622055D0; GB2432046B; GB2432046A; JP2007134709A

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Varistor, der drei parallele Keramikschichten aufweist. Jede der Keramikschichten weist an beiden Seiten zwei Elektroden auf. Vier Anschlüsse sind auf geeignete Weise zwischen und außerhalb der Oberflächen der Keramikschichten angeordnet, so dass sie diese Elektroden kontaktieren. Dadurch, dass des Weiteren ein Draht oder zwei Drähte vorgesehen ist/sind, der/die diese Anschlüsse verbindet/verbinden, können Dreiphasen- oder Einphasen-Stromquellen sicherer geschützt werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Varistor oder Überspannungsableiter, insbesondere auf einen Varistor mit drei parallelen Keramikschichten zum Schutz einer Einphasen- oder Dreiphasen-Schaltung.

2. Stand der Technik

1 zeigt einen herkömmlichen Varistor. Der Varistor weist eine Zinkoxid-Keramik 11 mit zwei Elektroden 12 an beiden Seiten auf. Die Elektroden sind normalerweise aus Silber hergestellt, und zwei Anschlüsse 13 sind daran angeschweißt. Die Anschlüsse 13 sind normalerweise dünn beschichtete Kupferdrähte. Der Varistor ist des Weiteren zur Isolierung beschichtet und mit Expoxidpulver umhüllt. Die Zinkoxid-Keramik 11 mit Korngrenze kann einen Stromkreis vor Überspannung schützen, indem die elektrische Energie in Wärmeableitung transformiert wird. Die Beziehung von Wärmeerzeugung (H), Wärmekoeffizient des Materials, der mit Cp angegeben wird, Gesamtmasse (m) und Temperaturgradient (ΔT) basiert auf dem Prinzip: H = Cp × m × ΔT. Das heißt, der Temperaturgradient (ΔT) ist für einen Überspannungsableiter mit größerer Masse (m) kleiner, wenn dieselbe Wärme zugeführt wird.

Andererseits nimmt der Widerstand des Varistors mit Erhöhung der Temperatur ab, und somit nimmt der Leckstrom zu. Wenn die Wärmeerzeugung im Zeitablauf größer ist, als die Wärmeableitung, wird die Zinkoxid-Keramik schlechter oder flammt sogar aufgrund lokaler großer Hitze auf. Eine solche Situation ist für Benutzer und die Umgebung sehr gefährlich und sollte vermieden werden.

2 zeigt drei herkömmliche Überspannungsableiter 21, 22, 23 zum Schutz der L-N-G Stromquelle, wobei der Varistor 21 auf der L-N-Leitung arbeitet, der Varistor 22 auf der N-G-Leitung, und der Varistor 23 auf der L-G-Leitung. Da die drei Varistoren unabhängig voneinander arbeiten, muss die während der Ableitung erzeugte Wärme von dem jeweiligen Varistor abgeleitet werden.

3 zeigt den im Chinesischen Patent Nr. 591837 offenbarten Überspannungsableiter, bei dem die Keramik (e) vier Anschlüsse (a)-(d) aufweist, wie in (A) gezeigt ist, oder drei Anschlüsse, wenn die Anschlüsse (b) und (c) kurzgeschlossen sind. Obwohl eine derartige Ausgestaltung die L-N-G Stromquelle schützen kann, werden die Kapazitäten zwischen den Anschlüssen nach Verbindung der Anschlüsse (b) und (c) signifikant um 50% erhöht, wie in (B) gezeigt ist. Anders ausgedrückt führt die Reihen- oder Parallelschaltung der Keramik (e) dazu, dass die kapazitive Reaktanz um 66% abfällt, während sich die Kapazität um 50% erhöht. Wenn Wechselstrom zugeführt wird, erhöht sich der Leckstrom und die Vorrichtung wird beschädigt. Die hinsichtlich dieser Vorrichtung durchgeführten Tests zeigen auch, dass deren Elektroden nicht unabhängig arbeiten.

Zur Lösung des oben genannten Problems stellt die vorliegende Erfindung einen verbesserten Varistor zur Verfügung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Varistor (oder Überspannungsableiter) bereitzustellen, der einzelne Schaltungsleitungen einer Dreiphasen-Stromquelle unabhängig voneinander schützen kann.

Es ist weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Varistor bereitzustellen, der die Leitungen einer Einphasen-Stromquelle schützen kann.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Varistor bereitzustellen, der eine normal funktionsfähige Durchschlagsspannung aufweist und bei niedrigerer Temperatur arbeitet.

Der Varistor der vorliegenden Erfindung weist drei parallele Keramikschichten auf, an denen jeweils auf beiden Seiten zwei Elektroden angeordnet sind, sowie eine Vielzahl von Anschlüssen, die diese Elektroden auf geeignete Weise verbinden, um einen Drei- oder Einphasen-Varistor zu bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 zeigt einen herkömmlichen Varistor.

2 zeigt drei herkömmliche Überspannungsableiter zum Schutz der L-N-G Stromquelle.

3 zeigt den in einem Chinesischen Patent offenbarten Überspannungsableiter.

4 zeigt perspektivische und Querschnitts-Ansichten des Varistors gemäß der vorliegenden Erfindung.

5 zeigt die Verbindung der Anschlüsse und eine äquivalente Schaltung zum Schutz einer Dreiphasen-Stromquelle.

6 zeigt die Verbindung der Anschlüsse und eine äquivalente Schaltung zum Schutz einer Einphasen-Stromquelle.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zur detaillieren Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden die bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen dargestellt.
In 4 stellen (A) und (B) eine perspektivische Ansicht und eine Querschnitts-Ansicht eines Varistors gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Der Varistor ist aus drei Keramikschichten, sechs Elektroden und vier Anschlüssen aufgebaut.
Die drei Keramikschichten sind parallel angeordnet und der Reihe nach als 1. Varistor 41, 2. Varistor 42 und 3. Varistor 43 definiert. Jede der Keramikschichten 41-43 kann einen unabhängigen Pfad für Überspannung bereitstellen, wie der herkömmliche Varistor. Die Keramikschichten sind bevorzugt aus Metalloxid-Pulver, beispielsweise Zinkoxid, hergestellt. Die Keramikschichten können nach Wunsch geformt werden, beispielsweise scheibenförmig, quadratisch, kugelförmig, etc. Die Keramikschichten können auf jede geeignete Weise kombiniert werden, beispielsweise so, dass sie einander mittels eines Haftmittels kontaktieren, oder sie können einstückig ausgebildet sein.
Von den sechs Elektroden sind die 1. Elektrode 44 und die 2. Elektrode 45 jeweils an zwei gegenüberliegenden Flächen des 1. Varistors 41 angebracht; die 3. Elektrode 46 und die 4. Elektrode 47 sind jeweils an zwei gegenüberliegenden Flächen des 2. Varistors 42 angebracht; und die 5. Elektrode 48 und die 6. Elektrode 49 sind jeweils an zwei gegenüberliegenden Flächen des 3. Varistors 43 angebracht. Die 3. Elektrode 46 ist benachbart zu der 2. Elektrode 45, und die 5. Elektrode 48 ist benachbart zu der 4. Elektrode 47.
Die vier Anschlüsse sind als 1. Anschluss 4a definiert, der an die 1. Elektrode 44 geschweißt ist, als 2. Anschluss 4b, der an die 2. Elektrode 45 und die 3. Elektrode 46 geschweißt ist, als 3. Anschluss 4c, der an die 4. Elektrode 47 und die 5. Elektrode 48 geschweißt ist, und als 4. Anschluss 4d, der an die 6. Elektrode 49 geschweißt ist.
In 5 zeigen (A) und (B) die Verbindung der Anschlüsse sowie eine äquivalente Schaltung zum Schutz einer Dreiphasen-Stromquelle, bei der die Anschlüsse 4a und 4d mit einem Draht 51 verbunden sind. Daher kann der Varistor 41 die L-N Schaltung schützen, der Varistor 42 die N-G Schaltung, und der Varistor 43 die L-G Schaltung. Obwohl jeder Varistor unabhängig arbeitet, kann Wärme, die von einem Varistor erzeugt wird, auf die anderen übertragen werden. Anders ausgedrückt kann der Varistor während der Überspannung auf einer niedrigeren Temperatur bleiben, weil für die Wärmeerzeugung und -übertragung eine größere Masse und ein größerer Oberflächenbereich zur Verfügung stehen.
In 6 zeigen (A) und (B) die Verbindung der Anschlüsse und eine äquivalente Schaltung zum Schutz einer Einphasen-Stromquelle, bei der die Anschlüsse 4a und 4c mit einem Draht 61 verbunden sind, und die Anschlüsse 4b und 4d mit einem Draht 62. Folglich können die Keramikschichten 41, 42 und 43 zusammen die Schaltung zwischen L1 und L2 schützen. Da die drei Keramikschichten als Ganzes arbeiten, erhöht sich die Schutzwirkung für Überspannung und die Temperatur bleibt ebenfalls niedriger.
Gemäß dem Aufbau der vorliegenden Erfindung sind die Verfahren zur Herstellung des Varistors nicht eingeschränkt, sondern können die Keramikschichten, Elektroden und Anschlüsse in geeigneter Weise anordnen und kombinieren. Außerdem können die Keramikschichten, Elektroden und Anschlüsse wahlweise in unterschiedlicher Reihenfolge oder an unterschiedlichen Stellen angeordnet werden.
Wie oben beschrieben, ist der Varistor der vorliegenden Erfindung aus den folgenden Gründen vorteilhaft:

1. Der Varistor gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine größere Masse und einen größeren Oberflächenbereich zur Wärmeabsorption und -ableitung zur Verfügung und ist offensichtlich sicherer und haltbarer als herkömmliche Varistoren.
2. Die drei parallelen Keramikschichten des Varistors können auf entsprechenden Schaltungsleitungen einer Dreiphasen-Stromquelle unabhängig voneinander arbeiten.
3. Die drei parallelen Keramikschichten des Varistors können auf den Schaltungsleitungen einer Einphasen-Stromquelle integral arbeiten.
4. Die Nenn-Betriebsspannung für die einzelnen Schaltungsleitungen kann optional eingestellt werden, beispielsweise eine höhere Durchschlagsspannung zur Erdung.
5. Der Varistor benötigt weniger Anschlüsse, als der herkömmliche Varistor, der aus drei unabhängigen Keramikschichten und sechs Anschlüssen; daher sind die Kosten verringert.
6. Der Varistor der vorliegenden Erfindung stellt eine größere Masse und einen größeren Oberflächenbereich zur Wärmeerzeugung und -ableitung zur Verfügung; somit sind weniger Zusatzelemente, z.B. Temperaturabschaltsicherungen, erforderlich, als bei herkömmlichen Varistoren.

Bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform können die Anschlüsse 4a, 4b, 4c und 4d getrennt vorliegen und durch Verbindung mit Zusatzdrähten auf geeignete Weise mit den Elektroden verbunden werden. Alternativ können diese Anschlüsse 4a, 4b, 4c und 4d als Abschnitte eines oder mehrerer Anschlüsse angesehen werden, d.h. die verbundenen Anschlüsse und Drähte sind ein Ganzes, je nach Bedarf des Kunden oder je nach Herstellungsverfahren.

Claims

Varistor mit drei Keramikschichten, sechs Elektroden und einer Vielzahl von Anschlüssen, wobei: die drei Keramikschichten parallel angeordnet sind und der Reihenfolge nach als 1. Varistor, 2. Varistor und 3. Varistor definiert sind; die sechs Elektroden definiert sind als 1. Elektrode und 2. Elektrode, die an beiden Seiten des 1. Varistors angeordnet sind; als 3. Elektrode und 4. Elektrode, die an beiden Seiten des 2. Varistors angeordnet sind; und als 5. Elektrode und 6. Elektrode, die an beiden Seiten des 3. Varistors angeordnet sind; und die Vielzahl von Anschlüssen auf geeignete Weise mit den Elektroden verbunden ist, um einen Dreiphasen- oder Einphasen-Varistor zu bilden.
Varistor nach Anspruch 1, wobei die Keramikschichten aus Metalloxidpulver hergestellt sind.
Varistor nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Anschlüssen definiert sind als 1. Anschluss, deren eines Ende mit der 1. Elektrode verbunden ist, 2. Anschluss, deren eines Ende mit der 2. Elektrode und der 3. Elektrode verbunden ist, 3. Anschluss, deren eines Ende mit der 4. Elektrode und der 5. Elektrode verbunden ist, und 4. Anschluss, deren eines Ende mit der 6. Elektrode verbunden ist.
Varistor nach Anspruch 3, der des Weiteren einen Draht zum Verbinden des 1. Anschlusses und des 4. Anschlusses aufweist, so dass, wenn eine Überspannungsenergie über den 1. Anschluss und den 2. Anschluss an den 1. Varistor geleitet wird, der 1. Varistor die Überspannung durch Umwandeln der elektrischen Energie in Wärme absorbiert.
Varistor nach Anspruch 3, der des Weiteren einen Draht zum Verbinden des 1. Anschlusses und des 4. Anschlusses aufweist, so dass, wenn eine Überspannung elektrischer Energie über den 2. Anschluss und den 3. Anschluss an den 2. Transistor geleitet wird, der 2. Transistor die Überspannung durch Umwandeln der elektrischen Energie in Wärme absorbiert.
Varistor nach Anspruch 3, der des Weiteren einen Draht zum Verbinden des 1. Anschlusses und des 4. Anschlusses aufweist, so dass, wenn eine Überspannung elektrischer Energie über den 3. Anschluss und den 4. Anschluss an den 3. Varistor geleitet wird, der 3. Varistor die Überspannung durch Umwandeln der elektrischen Energie in Wärme absorbiert.
Varistor nach Anspruch 3, der des Weiteren einen Draht zum Verbinden des 1. Anschlusses und des 3. Anschlusses und einen Draht zum Verbinden des 2. Anschlusses und des 4. Anschlusses aufweist, so dass die drei Keramikschichten als Ganzes wirksam werden.
Varistor nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Anschlüssen definiert sind als 1. Anschluss, von dem zwei Enden mit der 1. bzw. der 6. Elektrode verbunden sind, als 2. Anschluss, dessen eines Ende mit der 2. Elektrode und der 3. Elektrode verbunden ist, und als 3. Anschluss, dessen eines Ende mit der 4. Elektrode und der 5. Elektrode verbunden ist.
Varistor nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Anschlüssen definiert sind als 1. Anschluss, dessen eines Ende mit der 1. Elektrode und dessen anderes Ende mit der 4. Elektrode und der 5. Elektrode verbunden sind, und als 2. Anschluss, dessen eines Ende mit der 6. Elektrode und dessen anderes Ende mit der 2. Elektrode und der 3. Elektrode verbunden sind.