EP0717876B1 - Limiter zur strombegrenzung - Google Patents

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EP0717876B1
EP0717876B1 EP94924694A EP94924694A EP0717876B1 EP 0717876 B1 EP0717876 B1 EP 0717876B1 EP 94924694 A EP94924694 A EP 94924694A EP 94924694 A EP94924694 A EP 94924694A EP 0717876 B1 EP0717876 B1 EP 0717876B1
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resistance
limiter according
limiter
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resistance body
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Wilfried Jaehner
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C1/00—Details
    • H01C1/14—Terminals or tapping points or electrodes specially adapted for resistors; Arrangements of terminals or tapping points or electrodes on resistors
    • H01C1/1406—Terminals or electrodes formed on resistive elements having positive temperature coefficient
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/13—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material current responsive

Definitions

  • the invention relates to a limiter for current limitation, the one with overload from a low resistance value changes to a high resistance value with a thermoplastic resistance body and metallic Surface electrodes for making contact.
  • Low voltage circuit breakers are often used with so-called Limiters connected in series to the short-circuit switching capacity to increase significantly in low-voltage networks and greatly limit the forward currents.
  • Such Limiters are designed to be quick in the event of a short circuit change from a low-resistance to a high-resistance state and with their tension needs to a quick Current limitation and shutdown contribute.
  • Electromechanically simple structures are often used as limiters Switchgear used, whose contacts through Electricity forces open dynamically and usually via none Switch lock and no release system. Your arch tension plateau lies in the range of the mains voltage amplitude. Together with the arc tension of the series connected Circuit breaker becomes the short circuit current to brought rapid decay and shortened the switch-off time.
  • Arc limiters of this type have problems with contact welding, which only with special contact materials and / or with a special contact mechanism technically can be solved.
  • Such varistors are intended specifically for Small power applications with low currents and low voltages, with a non-linearity the electrical conductivity of the metal oxide is exploited.
  • the non-linearity of the varistor material is based on its semiconductor properties and differentiates fundamentally different from the course of the electrical properties of the PTC material of suitable for high currents Limiters that consist of a mixture of a non-conductive Carrier material, for example polyethylene, and one electrically conductive material, such as carbon black, consists.
  • the limiter resistance can mainly be determined by the Volume resistance of the PTC material can be determined.
  • the known limiters the surface resistance at the interfaces between the polymer resistance body and the electrodes essential to the current limiting effect in the event of a short circuit at.
  • this boundary layer limiter is required for the decay of the high electrical Resistance to the low initial value a reset time typically around 20 ms. In practice this becomes Relief of the PTC element a parallel resistor connected, which is in the high-resistance state of the PTC thermistor material the major part of the short-circuit current wearing.
  • a considerable voltage drop across the parallel resistor This can be 100 V or more and during exist for a period of 3 ms and longer.
  • the central limit is such a long one Switching voltage intolerable, otherwise in itself undisturbed branches of the network correspondingly long-lasting Voltage dips would be caused.
  • the object of the invention is therefore to create a limiter, which can also be used as a central limiter.
  • a limiter which can also be used as a central limiter.
  • the central limiter it must be demanded that voltage dips caused by its switching voltage limited to a fraction of a half-wave duration remain, for example for a period of time t ⁇ 1 ms.
  • thermoplastic resistance bodies for example in Fcrm a rectangular plate, pressed between profiled electrodes and at least on the contact surfaces heated to its softening temperature. That flows Resistance material in the profile recesses of the metal electrodes and there is a complementary surface profile of the resistance body. Stick after this process the electrodes firmly on the resistance body from which they only with mechanical damage to the profile layer can be separated again.
  • the adhesive force on the profiled surfaces between the electrodes and the resistance body is not sufficient to achieve a low limiter resistance.
  • the surface electrodes are typically pressed against the resistance body with a compressive force between 50 and 100 N / cm 2 .
  • FIG. 1 to 3 1 means a thermoplastic Resistor body with surfaces 2 and 3, between two similar surface electrodes 10 pressed together becomes. For this purpose, a pressure force K is applied.
  • a pressure force K is applied.
  • both surface electrodes 10 have a profile 15, for example with a rectangular structure has a web width b and a web height h.
  • the Web width b can be between 0.1 and 1 mm and the web height are also between 0.1 and 1 mm.
  • the resistance body has a complementary profile 5 1 on both surfaces 2 and 3. About the profiles 5 and 15 are the resistance body 1 and the surface electrodes inextricably linked.
  • the rectangular profile also an angle of inclination against the surface of the surface electrode Have 10.
  • the surface profile 15 can advantageously a different section Have direction. Also a conical shape the surface profile 15 is possible.
  • the limiter described in this way is a known Circuit breaker upstream.
  • the limiter is off the resistance body 1 and the surface electrodes 10 Resistor element connected in parallel.
  • the resistance element is, for example, an ohmic resistance of 100 m ⁇ . It can also be a nonlinear voltage dependent Be resistance, its resistance with the applied Tension drops. In both cases, the current can be the appropriate one Commute time.
  • the resistance curve at this point in time rises steeply and remains at resistance values which are substantially greater than 100 m ⁇ for about 300 ⁇ s.
  • the limiter resistance returns to a low-resistance value of about 15 m ⁇ and finally drops to its initial value.
  • FIG. 4a shows the time profile of the Limiter resistor according to the prior art as Graph 41 shown.
  • the limiter After its voltage pulse has subsided, the limiter carries the reduced short-circuit current, which is caused by the partial electrical-mechanical contact of the surface electrodes on the resistance body.
  • the sufficiently high arc voltage of the circuit breaker at this point prevents the current from rising again and the short circuit is switched off after a total duration of 3 ms.
  • the profile layer 5 further heated and partially decomposed material, which builds up a significant gas pressure.
  • the thermoplastic profile webs are formed according to FIG. 6d between the partial profile surfaces running parallel to the compressive force 12 of the electrodes 10 and the resistance body 1 contact surfaces, their effective contact force with the temperature of the resistance material and its thermal expansion increases and therefore at the end of Limiter voltage pulse to the observed low limiter resistance of about 15 m ⁇ . This process will supported by the fact that the parallel resistance of the Limiters temporarily takes over the total current and thereby the material decomposition on the resistance body 1 ended.
  • thermoplastic resistance body 1 During the cooling time of the thermoplastic resistance body 1 of up to a few 100 ms is formed Surface profile under the action of force by the Pressed K profiled metal electrodes 10 and the limiter resistance returns to its initial value back.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Limiter zur Strombegrenzung, der bei Überlast von einem niedrigen Widerstandswert zu einem hohen Widerstandswert wechselt, mit einem thermoplastischen Widerstandskörper und metallischen Flächenelektroden zur Kontaktgabe.
Niederspannungsleistungsschalter werden häufig mit sogenannten Limitern in Reihe geschaltet, um das Kurzschlußschaltvermögen in Niederspannungsnetzen stark zu erhöhen und die Durchlaßströme stark zu begrenzen. Derartige Limiter sind so ausgelegt, daß sie im Kurzschlußfall rasch von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand übergehen und mit ihrem Spannungsbedarf zu einer raschen Strombegrenzung und Abschaltung beitragen.
Speziell für den Einsatz als Zentrallimiter, welcher zum Kurzschlußschutz mehrerer Abzweige diesen vorgeschaltet ist, wäre es wünschenswert, daß die Limiterfunktion nur bei hohen Kurzschlußströmen, die beispielsweise in cen Abzweigen vorhandene Schutzschalter nicht beherrschen, wirksam wird und bei mäßigen oder abklingenden Kurzschlußströmen keine Limiterfunktion auftritt. Damit würden unerwünschte, länger andauernde Spannungseinbrüche vermieden, die zu unkontrollierten Schaltzuständen, z.B. von Schützen oder Relais, führen könnten.
Als Limiter werden häufig elektromechanisch einfach aufgebaute Schaltgeräte eingesetzt, deren Kontakte durch Stromkräfte dynamisch öffnen und die gewöhnlich über kein Schaltschloß und kein Auslösesystem verfügen. Ihr Bogenspannungsplateau liegt im Bereich der Netzspannungsamplitude. Zusammen mit der Bogenspannung des in Reihe geschalteten Leistungsschalters wird der Kurzschlußstrom zum raschen Abklingen gebracht und die Abschaltzeit verkürzt. Lichtbogenlimiter dieser Bauart haben Probleme des Kontaktverschweißens, welche nur mit speziellen Kontaktwerkstoffen und/oder mit einer speziellen Kontaktmechanik technisch gelöst werden können.
Aus der WO-A-91/12643 und der EP-A-0 487 920 sind Limiter bekannt, die speziell den sogenannten Kaltleiter- oder PTC-Effekt (positive temperature coefficient) ausnutzen. Dabei werden Hochstromwiderstände verwendet, die im wesentlichen aus einer mit Ruß gefüllten Polyethylenschicht bestehen, welche den PTC-Effekt aufweist. Zur Gewährleistung des PTC-Effektes soll bei diesem als Schutzelement verwendbaren Hochstromwiderstand der Polymer-Widerstandskörper mit seinen Grundflächen mit Elektroden verbunden sein, wobei eine Druckeinrichtung vorhanden ist, die einen Druck senkrecht auf die Elektroden und die Grundflächen des Widerstandskörpers der leitfähigen Polymerschicht ausübt.
Weiterhin ist aus der DE-A-37 07 494 ist ein Widerstandsbauelement mit zwei Metallelektroden, zwischen denen ein PTC-Eigenschaften aufweisendes Material angeordnet ist, bekannt, bei dem durch elektrolytische Abscheidung eine Aufrauhung der Elektrodenoberflächen erzeugt ist. Dabei können unregelmäßige Spitzen von 0,5 um bis 500 um vorliegen. Bei der Funktionsweise eines solchen PTC-Elementes wird eine dauerhafte, sich nicht verändernde Verbindung der Elektrodenoberflächen mit dem PTC-Material vorausgesetzt, um konstante Widerstandswerte des Bauelementes in Abhängigkeit von der Temperatur zu realisieren. Schließlich ist aus der US-A-43 77 541 ein Verfahren zur Herstellung von Varistoren aus polykristallinem Metalloxid für Niederspannungsanwendungen bekannt, bei dem eine Presse verwendet wird, in der die Preßmatrizen Vorsprünge mit regelmäßiger Struktur haben. Damit wird bei der pulvermetallurgischen Herstellung ein Profil in die Varistorscheibe eingebracht, um eine niedrige Durchbruchspannung zu erzielen. Derartige Varistoren sollen speziell für Anwendungen bei kleinen Leistungen mit geringen Strömen und niedrigen Spannungen geeignet sein, wobei eine Nichtlinearität der elektrischen Leitfähigkeit des Metalloxides ausgenutzt wird. Die Nichtlinearität des Varistormaterials beruht auf dessen Halbleitereigenschaften und unterscheidet sich grundsätzlich vom Verlauf der elektrischen Eigenschaften vom PTC-Material von für hohe Ströme geeigneten Limitern, das aus einer Mischung eines nichtleitfähigen Trägerwerkstoffes, beispielsweise Polyethylen, und eines elektrisch leitfähigen Werkstoffes, beispielsweise Ruß, besteht.
Physikalische Grundlage der vorstehend erwähnten Limiter ist, daß die Temperatur im Kurzschlußfall durch ohmsche Heizung über die Kristallisationstemperatur des Polyethylens als elektrisch isolierenden Grundmaterials ansteigt, wodurch mikroskopische Strombahnen des Rußes als elektrisch leitende Materialkomponente aufbrechen und sich der Limiterwiderstand um den Faktor 100 oder mehr erhöht. Der Limiterwiderstand kann hier überwiegend durch den Volumenwiderstand des PTC-Materials bestimmt werden.
Nach seinem Schaltprinzip trägt bei den vorbekannten Limitern der Oberflächenwiderstand an den Grenzflächen zwischen dem Polymerwiderstandskörper und den Elektroden wesentlich zu dem Strombegrenzungseffekt im Kurzschlußfall bei. Indem sich die Elektroden und der Polymerwiderstandskörper durch die äußere Druckkraft nur in Berührkontakt miteinander befinden, findet die Aufheizung des PTC-Materials in einer oberflächennahen, dünnen Schicht statt, die im Kurzschlußfall sehr rasch von einem niederohmigen in einen hochohmigen Zustand schaltet.
Nach Abschalten des Kurzschlußes benötigt dieser Grenzschichtlimiter für das Abklingen des hohen elektrischen Widerstandes auf den niedrigen Anfangswert eine Rückstellzeit von typisch etwa 20 ms. In der Praxis wird dazu zur Entlastung des Kaltleiterelementes ein Parallelwiderstand angeschlossen, welcher im hochohmigen Zustand des Kaltleitermaterials den überwiegenden Teil des Kurzschlußstromes trägt. Während der Abschaltdauer des in Reihe geschalteten Leistungsschalters erzeugt der abklingende Kurzschlußstrom am Parallelwiderstand einen beträchtlichen Spannungsabfall. Dieser kann bei 100 V oder mehr liegen und während einer Zeitdauer von 3 ms und länger bestehen. Für die Anwendung als Zentrallimiter ist aber eine derart langandauernde Schaltspannung unzuträglich, da sonst in an sich nicht gestörten Abzweigen oes Netzes entsprechend langandauernde Spannungseinbrüche hervorgerufen würden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Limiter zu schaffen, der auch als Zentrallimiter eingesetzt werden kann. Für die Funktion des Zentrallimiters ist zu fordern, daß durch seine Schaltspannung hervorgerufene Spannungseinbrüche auf einen Bruchteil einer Halbwellendauer beschränkt bleiben, beispielsweise auf eine Zeitdauer t < 1 ms.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Sofern die in den Stromabzweigen in Reihe zum Zentrallimiter geschalteten Leistungsschalter bei hohen Kurzschlußströmen eine genügend hohe Schaltgeschwindigkeit besitzen, kann mit der Erfindung vorteilhafterweise erreicht werden, daß nach Abklingen der Limiterspannung der Ausschaltvorgang mit einer ausreichend hohen Bogenspannung unverzögert fortgesetzt wird. Die Funktion einer nur bei hohen Momentanströmen aktivierten Limiterspannung wird also durch einen Grenzschicht-Limiter erreicht, bei dem auch im Kurzschlußfall eine partielle kraftschlüssige Kontaktberührung der Elektroden auf dem Widerstandskörper erfolgt. Als charakteristische Eigenschaft eines derartigen Limiters besitzen die Elektroden und der Widerstandskörper ein positives bzw. negatives, d.h. komplementäres Oberflächenprofil, mit dem sie mechanisch fest aneinander haften.
Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Limiters wird der thermoplastische Widerstandskörper, beispielsweise in Fcrm einer Rechteckplatte, zwischen profilierten Elektroden, zusammengepreßt und dabei zumindest an den Berührflächen auf seine Erweichungstemperatur erhitzt. Dabei fließt das Widerstandsmaterial in die Profilvertiefungen der Metallelektroden und es entsteht ein komplementäres Oberflächenprofil des Widerstandskörpers. Nach diesem Vorgang haften die Elektroden fest an dem Widerstandskörper, von dem sie nur unter mechanischer Beschädigung der Profilschichtan wieder getrennt werden können.
Wie beim Stand der Technik reicht zur Erzielung eines niedrigen Limiterwiderstandes die Haftkraft an den profilierten Oberflächen zwischen den Elektroden und dem Widerstandskörper nicht aus. Um den für einen Nennbetrieb definierten niederohmigen Nennwiderstand des Limiters zu erreichen, werden die Flächenelektroden mit einer Druckkraft typischerweise zwischen 50 und 100 N/cm2 an den Widerstandskörper angepreßt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen in schematischer Darstellung
FIG. 1
einen Limiter in Schnittdarstellung,
FIG. 2
die Draufsicht auf einen Limiter gemäß FIG. 1,
FIG. 3
die Ausbildung einer Flächenelektrode,
FIG. 4
in zwei Teilfiguren den Vergleich der Widerstandskurven des Limiters gemäß den FIG. 1 bis 3 mit dem Stand der Technik, die
FIG. 5
in Teilfiguren das Beispiel einer Kurzschlußabschaltung einer Reihenschaltung durch den Limiter gemäß den FIG. 1 bis 3 und die
FIG. 6
in Teilfiguren die Schaltphasen eines Limiters gemäß den FIG. 1 bis 3.
Die Figuren werden nachfolgend teilweise zusammen beschrieben.
In den FIG. 1 bis 3 bedeutet 1 einen thermoplastischen Widerstandskörper mit Oberflächen 2 und 3, der zwischen zwei gleichartigen Flächenelektroden 10 zusammengepreßt wird. Dazu wird eine Druckkraft K aufgebracht. Eine derartige Anordnung ist im Prinzip aus der älteren deutschen Patentanmeldung P 42 28 297.7 bekannt.
Gemäß FIG. 3 haben beide Flächenelektroden 10 eine Profilierung 15, die beispielsweise eine Rechteckstruktur mit einer Stegbreite b und einer Steghöhe h aufweist. Die Stegbreite b kann zwischen 0,1 und 1 mm und die Steghöhe ebenfalls zwischen 0,1 und 1 mm liegen. Insbesondere haben Stegbreite b und Steghöhe h die gleiche Größenordnung, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,6 mm. Speziell in FIG. 3 liegen beide Maße beispielsweise bei etwa 0,4 mm.
Eine komplementäre Profilierung 5 hat der Widerstandskörper 1 an beiden Oberflächen 2 und 3. Über die Profilierungen 5 und 15 sind der Widerstandskörper 1 und die Flächenelektroden unlösbar miteinander verbunden.
In anderer Ausbildung als FIG. 3 kann das Rechteckprofil auch einen Neigungswinkel gegen die Oberfläche der Flächenelektrode 10 haben. Das Oberflächenprofil 15 kann dabei vorteilhafterweise eine abschnittsweise unterschiedliche Richtung aufweisen. Auch eine konische Form des Oberflächenprofils 15 ist möglich.
Der so beschriebene Limiter wird in bekannter Weise einem Leistungsschalter vorgeschaltet. Dabei ist dem Limiter aus dem Widerstandskörper 1 und den Flächenelektroden 10 ein Widerstandselement parallelgeschaltet. Das Widerstandselement ist beispielsweise ein ohmscher Widerstand von 100 mΩ. Es kann auch ein nichtlinearer spannungsabhängiger Widerstand sein, dessen Widerstand mit der angelegten Spannung sinkt. In beiden Fällen kann der Strom zum geeigneten Zeitpunkt kommutieren.
In FIG. 4b ist der Limiterwiderstand zu einer Kurzschlußabschaltung bei Ik = 40 kA mit einer Reihenschaltung des Limiters gemäß den FIG. 1 bis 3, dem ein Konstantwiderstand von 100 mΩ parallelgeschaltet ist, und eines Leistungsschaltes dargestellt und der zeitliche Verlauf wiedergegeben: Der Limiterwiderstand entsprechend Graph 42 beginnt mit dem Einsetzen des Kurzschlußstromes von seinem Anfangswert R0 = 4 mΩ leicht anzusteigen und erreicht nach etwa 300 µs einen ersten Plateauwert von etwa 8 mΩ. Während der Kurzschlußstrom weiter ansteigt und 500 µs nach Kurzschlußbeginn ein Wert von 5 kA erreicht ist, geht die Widerstandskurve zu diesem Zeitpunkt in einen steilen Anstieg über und bleibt etwa 300 µs lang auf Widerstandswerten, die wesentlich größer sind als 100 mΩ. Etwa 900 µs nach Kurzschlußbeginn kehrt der Limiterwiderstand wieder auf einen niederohmigen Wert von etwa 15 mΩ zurück und sinkt schließlich auf seinen Anfangswert ab.
In Figur 4a ist zum Vergleich der zeitliche Verlauf des Limiterwiderstandes nach dem Stand der Technik als Graph 41 dargestellt.
Im Strom-Spannungsoszillogramm gemäß FIG. 5 stellt Graph 51 den Gesamtstrom, Graph 42 den Kaltleiterstrom, Graph 53 die zugehörige Kaltleiterspannung und Graph 54 die Spannung am verwendeten Schaltgerät dar. Das anhand FIG. 4 beschriebene Widerstandsverhalten äußert sich in der Weise, daß der Limiter etwa 600 µs nach Kurzschlußbeginn einen Spannungspuls von ca. 450 V und ca. 300 µs Dauer erzeugt. In dieser Phase sinkt der Kurzschlußstrom von seinem Maximalwert imax = 6,7 kA auf etwa 3 kA ab, wobei ein zunehmender Stromanteil vom Parallelwiderstand (100 mΩ) getragen wird. Nach dem Abklingen seines Spannungspulses trägt der Limiter den reduzierten Kurzschlußstrom, was durch den partiellen elektrisch-mechanischen Kontakt der Flächenelektroden auf dem Widerstandskörper verursacht wird. Dabei wird durch die zu diesem Zeitpunkt ausreichend hohe Bogenspannung des Leistungsschalters ein erneuter Stromanstieg verhindert und der Kurzschluß nach einer Gesamtdauer von 3 ms abgeschaltet.
Die Schalteigenschaften des anhand der FIG. 1 bis 3 dargestellten Limiters und der zugehörigen Meßkurven gemäß den FIG. 4 und 5 lassen sich phänomenologisch erklären, was anhand der FIG. 6 verdeutlicht wird: Im Ausgangszustand des Limiters gemäß FIG. 6a sorgt die auf den Flächenelektroden senkrecht stehende Druckkraft K für eine kraftschlüssige Berührung der senkrecht zur Druckkraft verlaufenden Profilteilflächen. Demgegenüber ist die Kraftwirkung zwischen den parallel zur Druckkraft verlaufenden Profilteilflächen 12 wesentlich geringer, da nach dem thermischen Herstellungsvorgang die Profilschicht des thermoplastischen Widerstandsmaterials aufgrund des gegenüber Metallen sehr viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten einen maßlichen Schwund von 1 bis 2 % erfährt.
Im Fall der anhand der FIG. 4 und 5 dargestellten Kurzschlußabschaltung setzt mit dem Beginn des Stromanstieges durch die elektrische Verlustleistung in der Grenzschicht eine zunehmende Erwärmung ein und damit verbunden eine Ausdehnung der Profilschicht 5 des Widerstandskörpers 1 mit erheblicher Verringerung der elektrischen Kontaktfläche gemäß FIG. 6b. Durch die thermische Ausdehnung der thermoplastischen Profilstege werden die Metallelektroden 10 von den vertieft liegenden Profilteilflächen des Widerstandskörpers 1 abgehoben. Dabei stellt sich ein momentaner Limiterwiderstand ein, der durch den anhand FIG. 4b gezeigten ersten Plateauwert gekennzeichnet ist. Gleichzeitig verdoppelt sich annähernd die Stromdichte auf den Profilstirnflächen des Widerstandskörpers 1 und die elektrische Verlustleistung führt zur raschen Aufheizung auf die Zersetzungstemperatur des Widerstandsmaterials. Hiermit wird entsprechend FIG. 6c auch an diesen Profilteilflächen der mechanisch-elektrische Kontakt weitgehend unterbrochen und es bildet sich zwischen den Profilflächen eine verteilte, elektrische Entladung mit hoher Brennspannung aus.
Während der Phase hoher Limiterspannung wird die Profilschicht 5 weiter aufgeheizt und teilweise Material zersetzt, wodurch ein erheblicher Gasdruck aufgebaut wird. Mit dem Abbau des Gasdruckes infolge des abklingenden Kurzschlußstromes und aufgrund der thermischen Ausdehnung der thermoplastischen Profilstege bilden sich gemäß FIG. 6d zwischen den parallel zur Druckkraft verlaufenden Profilteilflächen 12 der Elektroden 10 und des Widerstandskörpers 1 Kontaktflächen aus, deren wirksame Kontaktkraft mit der Temperatur des Widerstandsmaterials und dessen thermischer Ausdehnung zunimmt und daher am Ende des Limiter-Spannungspulses zu dem beobachteten geringen Limiterwiderstand von etwa 15 mΩ führt. Dieser Vorgang wird dadurch unterstützt, daß der Parallelwiderstand des Limiters kurzzeitig den Gesamtstrom übernimmt und dadurch die Materialzersetzung am Widerstandskörper 1 beendet.
Während der Abkühlzeit des thermoplastischen Widerstandskörpers 1 von bis zu einigen 100 ms formiert sich dessen Oberflächenprofil unter der Kraftwirkung der durch die Druckkraft K angepreßten, profilierten Metallelektroden 10 und der Limiterwiderstand kehrt zu seinem Ausgangswert zurück.
Wesentlich ist also bei dem beschriebenen Limiter gegenüber den vom Stand der Technik vorbekannten Anordnungen, daß keine freie Kontaktflächen bestehen, sondern daß die Flächenelektroden und der Widerstandskörper über ihre zueinander komplementären Oberflächenprofile nicht lösbar miteinander verbunden sind.

Claims (13)

  1. Limiter zur Strombegrenzung, der bei Überlast von einem niedrigen Widerstandswert zu einem hohen Widerstandswert wechselt, mit einem thermoplastischen Widerstandskörper und metallischen Flächenelektroden zur Kontaktgabe, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
    die metallischen Flächenelektroden (10) besitzen an ihrer dem thermoplastischen Widerstandskörper (1) zugewandten Seite (11) ein Oberflächenprofil (15), bei dem Profilteilflächen teilweise parallel zur Ebene der Flächenelektrode (10) verlaufen,
    der thermoplastische Widerstandskörper (1) hat an seinen den metallischen Flächenelektroden (10) zugewandten Seiten (2, 3) ein komplementäres Oberflächenprofil (5),
    die Flächenelektroden (10) und der Widerstandskörper (1) sind mechanisch nicht lösbar miteinander verbunden,
    die Flächenelektroden (10) und der Widerstandskörper (1) werden durch eine Druckkraft (K) zusammengepreßt, die in Abhängigkeit von der Orientierung der Profilteilflächen unterschiedliche Wirkungen hat,
    wodurch
    bei Überlast zwischen den kontaktgebenden Profilteilflächen der Flächenelektroden (10) und dem Widerstandskörper (1), insbesondere an den parallel zur Ebene der Flächenelektrode (10) verlaufenden Profilteilflächen, eine Gasentladung entsteht und
    bei Abklingen der Überlast vorübergehend die Kontaktgabe ausschließlich über die nicht parallel zur Ebene der Flächenelektrode verlaufenden Profilteilflächen verläuft.
  2. Limiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenprofil (15) des Widerstandskörpers (1) durch thermische Anformung an die metallischen Flächenelektroden (10) erfolgt.
  3. Limiter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenprofil (5, 15) eine Rechteckstruktur aufweist.
  4. Limiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stegbreite (b) und Steghöhe (h) des Oberflächenprofils (5, 15) zwischen 0,1 mm und 1 mm liegen, vorzugsweise bei Werten von 0,3 bis 0,6 mm.
  5. Limiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Oberflächenprofil (15) einen Neigungswinkel gegen die Oberfläche (11) hat.
  6. Limiter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenprofil (5, 15) eine konische Form hat.
  7. Limiter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandskörper (1) aus thermoplastischem Material mit einer leitfähigen Materialkomponente besteht.
  8. Limiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß des thermoplastische Material Polyethylen und die leitfähige Materialkomponente Graphit ist.
  9. Limiter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektroden (10) aus elektrisch und thermisch gut leitendem Material bestehen.
  10. Limiter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelektroden (10) aus Kupfer mit versilberter Oberfläche bestehen.
  11. Limiter nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandselement vorgesehen ist, das parallel zu dem thermoplastischen Widerstandskörper (1) und den Flächenelektroden (10) geschaltet ist.
  12. Limiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement ein ohmscher Widerstand ist.
  13. Limiter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement ein nichtlinearer, spannungsabhängiger Widerstand ist, dessen Widerstand mit der angelegten Spannung sinkt.
EP94924694A 1993-09-09 1994-08-26 Limiter zur strombegrenzung Expired - Lifetime EP0717876B1 (de)

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DE4330607A DE4330607A1 (de) 1993-09-09 1993-09-09 Limiter zur Strombegrenzung
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EP0717876A1 EP0717876A1 (de) 1996-06-26
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DE (2) DE4330607A1 (de)
WO (1) WO1995007540A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10118746B4 (de) * 2001-04-17 2004-06-24 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer und zugehörige Anordnung

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5614881A (en) * 1995-08-11 1997-03-25 General Electric Company Current limiting device
JPH10312905A (ja) * 1997-01-02 1998-11-24 General Electric Co <Ge> 電流制限装置
DE19803919A1 (de) * 1997-02-10 1998-08-13 Gen Electric Stromunterdrückungs- Schaltereinheit für Induktionsmotorschutz
US5929744A (en) * 1997-02-18 1999-07-27 General Electric Company Current limiting device with at least one flexible electrode
US6535103B1 (en) 1997-03-04 2003-03-18 General Electric Company Current limiting arrangement and method
US5977861A (en) * 1997-03-05 1999-11-02 General Electric Company Current limiting device with grooved electrode structure
US6191681B1 (en) 1997-07-21 2001-02-20 General Electric Company Current limiting device with electrically conductive composite and method of manufacturing the electrically conductive composite
US5867356A (en) * 1997-11-05 1999-02-02 General Electric Company Current limiting system and method
US6373372B1 (en) 1997-11-24 2002-04-16 General Electric Company Current limiting device with conductive composite material and method of manufacturing the conductive composite material and the current limiting device
US6128168A (en) 1998-01-14 2000-10-03 General Electric Company Circuit breaker with improved arc interruption function
US6133820A (en) * 1998-08-12 2000-10-17 General Electric Company Current limiting device having a web structure
US6144540A (en) 1999-03-09 2000-11-07 General Electric Company Current suppressing circuit breaker unit for inductive motor protection
US6157286A (en) 1999-04-05 2000-12-05 General Electric Company High voltage current limiting device
US6323751B1 (en) 1999-11-19 2001-11-27 General Electric Company Current limiter device with an electrically conductive composite material and method of manufacturing
US7362207B2 (en) * 2005-05-24 2008-04-22 Eaton Corporation Electrical switching apparatus and limiter including trip indicator member
US7558040B2 (en) * 2007-04-26 2009-07-07 Eaton Corporation Trip indicator member, and limiter and electrical switching apparatus including a plurality of trip indicator members
EP3087572B1 (de) * 2014-02-26 2020-11-25 Siemens Aktiengesellschaft Elektrisches bauelement

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2785316A (en) * 1943-10-07 1957-03-12 Bell Telephone Labor Inc Electro-optical system
DE845076C (de) * 1950-10-05 1952-07-28 Karl H Dr-Ing Reiss Kontaktanordnung, insbesondere fuer elektrische Musikinstrumente
US3243753A (en) * 1962-11-13 1966-03-29 Kohler Fred Resistance element
US3249810A (en) * 1962-11-20 1966-05-03 Westinghouse Electric Corp Circuit interrupting apparatus
DE1665880C3 (de) * 1967-02-23 1975-12-18 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Keramischer elektrischer Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstandswertes und sperrschichtfreien Kontaktbelegungen sowie Verfahren zu seiner Herstellung
US3835434A (en) * 1973-06-04 1974-09-10 Sprague Electric Co Ptc resistor package
US3914727A (en) * 1974-01-02 1975-10-21 Sprague Electric Co Positive-temperature-coefficient-resistor package
CH581377A5 (de) * 1975-02-11 1976-10-29 Bbc Brown Boveri & Cie
US4426339B1 (en) * 1976-12-13 1993-12-21 Raychem Corp. Method of making electrical devices comprising conductive polymer compositions
US4377541A (en) * 1978-08-21 1983-03-22 General Electric Company Process for preparing low voltage varistors
US4314230A (en) * 1980-07-31 1982-02-02 Raychem Corporation Devices comprising conductive polymers
GB2090710B (en) * 1980-12-26 1984-10-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd Thermistor heating device
JPS6048201U (ja) * 1983-09-09 1985-04-04 ティーディーケイ株式会社 正特性サ−ミスタ装置
US4689475A (en) * 1985-10-15 1987-08-25 Raychem Corporation Electrical devices containing conductive polymers
KR910003403B1 (ko) * 1986-08-12 1991-05-30 미쯔보시 벨트 가부시끼가이샤 열적 고무 조성물
JPS6387703A (ja) * 1986-09-30 1988-04-19 日本メクトロン株式会社 Ｐｔｃ素子
JPS63312601A (ja) * 1987-06-15 1988-12-21 Tdk Corp 導電性重合体ｐｔｃ抵抗素子及びその製造方法
JPH01143203A (ja) * 1987-11-27 1989-06-05 Murata Mfg Co Ltd 有機正特性サーミスタ
JPH01257304A (ja) * 1988-04-06 1989-10-13 Murata Mfg Co Ltd 有機正特性サーミスタ
SE465524B (sv) * 1990-02-08 1991-09-23 Asea Brown Boveri Anordning foer oeverlast- och kortslutningsskydd i elektriska anlaeggningar
US5382938A (en) * 1990-10-30 1995-01-17 Asea Brown Boveri Ab PTC element
DE4228297A1 (de) * 1992-08-26 1994-03-03 Siemens Ag Veränderbarer Hochstromwiderstand, insbes. zur Anwendung als Schutzelement in der Leistungsschalttechnik, und Schaltung unter Verwendung des Hochstromwiderstandes
US5379022A (en) * 1993-05-03 1995-01-03 Fluke Corporation Thermistor device with extended operating range

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10118746B4 (de) * 2001-04-17 2004-06-24 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines Schaltgerätes mit einem zuschaltbaren Strombegrenzer und zugehörige Anordnung

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