JP7246492B2 - アーク消去用の消イオンチャンバを有する絶縁ハウジング内に配設されたホーンギャップを有する過電圧保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載された、アーク消弧用の消イオンチャンバを備えた絶縁ハウジング内に配設されたホーンスパークギャップを備え、消イオンチャンバは間隔を空けて配置された複数の消弧板を有し、ホーンスパークギャップの点火領域にトリガ電極が配設された過電圧保護装置に関する。

アーク消弧用の消イオンチャンバを備えたホーンスパークギャップは、例えば、独国特許出願公開第１０２０１１０５１７３８（A１）号明細書からすでに知られている。この目的のためのホーンスパークギャップは、ハウジング内に配設されており、サージ電流負荷に反応して生じるアークや電源続流により誘起されるアークの挙動を変えるために内部のガス流を制御する手段を備えている。

既知のホーンスパークギャップの点火領域にトリガ電極を配置することができる。このトリガ電極は、スライド部で囲まれた導体素子を備えることができる。隣接するスライド部は同様に絶縁材料又は半導体材料からなることができる。既知のトリガ電極は、点火領域において２つの電極の一方の電極側に挿入されるか、好ましくは点火領域の下部領域において、ホーンスパークギャップの２つの電極の間に配置される。

独国特許第１９５４５５０５（Ｃ１）号明細書には、少なくとも１つの電圧依存抵抗器、例えばバリスタと、複数のサーマルスイッチオフデバイスとを備えたサージアレスタが示されている。

これらのスイッチオフデバイスは、ヒューズストリップや、共晶可融合金を用いたサーマルトリップからなる。

ヒューズストリップ又はサーマルリリースの破損時には、ばね力に補助されて損傷インジケータが作動する。発生する損傷はこのようにして視認することができる。経年劣化の結果としてバリスタに許容範囲外の漏れ電流が生じた際、又は、過度のサージ電流によりバリスタに短絡が引き起こされた際に、発生した故障の表示を簡単な手段で且つ省スペースで確実に行えるように、サージ電流に耐性を有するヒューズストリップを配設するためのハウジングが設けられている。損傷インジケータは、別個の要素であり、ハウジングに取り外し可能に固定されており、ばねが開放されるとヒューズハウジングに対して相対的に移動可能となる。

スパークギャップが一体化された複合過電圧保護デバイスは、独国特許第１０２０１４２１５２８２（Ｂ３）号明細書からすでに知られている。スパークギャップは直列に接続された安全ヒューズを備えており、当該直列回路を第１電位とこれと異なる第２電位とで送電グリッドに接続することができる。スパークギャップは、ハウジング内に配設された２つの主電極を備えている。

このデバイスにおけるヒュージブルリンクは第１の端子をスパークギャップの第２主電極に接続しているが、安全ヒューズはさらなる接触部も有しており、このさらなる接触部は、第１接触部からもスパークギャップの第２主電極からも絶縁されて配置されている。この過電圧保護デバイスは、プラズマがヒューズワイヤに対してこれを狙って劣化させる態様で作用することができるようにスパークギャップの燃焼チャンバからヒュージブルリンクの近傍につながるプラズマ流路も備えている。結果としてヒューズワイヤが破壊を受ける。

上述した先行技術を基に、本発明は、アーク消弧用の消イオンチャンバを備えて絶縁ハウジング内に配設されたホーンスパークギャップを備えた過電圧保護装置をより発展させた装置であって、スパークギャップが過負荷になった場合に既存のトリガ回路を所定の態様でスイッチオフすることができ、これはスパークギャップがその後の作動において異常な機能を示さないように行うことができる装置の提示を目的とする。この装置では、トリガ回路の断路は、好ましくは、スパークギャップの通常の挙動とは異なる電源続流を伴う負荷に対して行われるべきである。

本発明の目的は請求項１、３又は１５に記載の特徴の組み合わせによって達成され、従属請求項は少なくとも好適な構成及びさらなる発展形態である。

消イオンチャンバと点火領域に配設されたトリガ電極とを備えて絶縁ハウジングに配設されたホーンスパークギャップを備えたそれ自体は既知である過電圧保護装置を基に、ヒュージブルリンクを基にした特別な断路装置が設けられる。好ましい一実施形態では、ヒュージブルリンクは、消イオンチャンバの領域に配設され、その場で電源続流の負荷に暴露される。

ヒュージブルリンクは、好ましくはばね力で支持された断路素子を第１の位置に保持している。ヒュージブルリンクは、融解すると、断路素子を、該断路素子が第２の位置を取るように開放し、第２の位置に到達すると、トリガ電極への電気接続が遮断されてトリガ電極が断路される。

かくして、本発明の基本的アイデアは、アーク走行領域と消イオンチャンバとを備えたスパークギャップの負荷を評価するために、所定のヒューズ積分値を有するヒュージブルリンクワイヤを用いることである。

ヒュージブルリンクは、限界値に達すると、融解して上述の断路装置をトリップし、これにより、スパークギャップのトリガ回路が無効になり、場合によっては、同時にインジケータが作動される。

前記限界値は、ワイヤの特性、接触の種類、及びスパークギャップ内のヒュージブルリンクの位置決めによって決定することができる。このようにすることで、スパークギャップの負荷のレベル及び種類に非常に正確に合致させることが可能である。限界値は、好ましくは、電源続流による負荷に関連させるべきである。

ワイヤヒュージブルリンクの融解は、例えば、電流負荷又は熱負荷、或いはアーク損失によってもたらされる。本発明の一実施形態では、ヒュージブルリンクは、熱を感知する態様で固定することもできる。

本発明の一構成では、トリガ電極は、電圧制限素子又は電圧スイッチング素子を介してホーンスパークギャップの主電極の一方に接続することができ、断路素子によってこの接続を遮断することができる。

本発明の一つの重要な概念によれば、ヒュージブルリンクは、消イオンチャンバの間隔を空けて配置された消弧板と接触している。

ヒュージブルリンクは、消イオンチャンバのアーク入口領域に配置することができる。

断路素子は、ホーンスパークギャップの点火領域の上方の空間に配設されたヒュージブルリンクによってトリップすることもできる。

しかしながら、ヒュージブルリンクは、スパークギャップの走行レール又はホーン電極の一方に接続することもできる。

本発明の一構成では、断路素子は、消イオンチャンバの隣に横方向に配置され、例えば、スライダとして構成される。

しかしながら、断路素子は、その大部分を消イオンチャンバ内に配置することもできる。

本発明のさらなる発展形態では、ヒュージブルリンクは、アーク走行領域又は消イオンチャンバに無電位で配置される。

断路素子の作動のためにヒュージブルリンクの一部を消イオンチャンバの外に引き出す場合、外部アークの形成に起因するプラズマのための流入開口又は流入路を形成することができる。

提示した解決策では、消弧又は消イオンチャンバを備えたホーンスパークギャップからのトリガ回路の断路が、断路後のスパークギャップにまだ不可逆的損傷がないように達成される。

トリガ回路の断路が断路素子の機械的移動及びこれに関連する遅延時間により遅延して行われる場合、該断路に続けて当該スパークギャップを作動させても誤動作又は過負荷につながることはない。

本発明にかかるトリガ回路の断路並びに点火領域におけるスパークギャップの形成により、この場合ほぼ受動的であるスパークギャップの応答電圧を、少なくとも、適用分野において通常の耐サージ容量及び連続絶縁破壊強度のレベルに対応させられる。この場合、特に、保護デバイスが応答するまでのスパークギャップの摩耗を踏まえた空隙及び沿面距離を考慮した設計を行うことができる。

本発明にかかるトリガ可能なスパークギャップを基にした過電圧保護装置は、単一のスパークギャップとして採用することができ、また、好ましくは、さらなるスパークギャップ又は過電圧保護デバイスと直列に接続することもできる。

ここでは、ヒュージブルリンクの調整及びその位置決めは、スパークギャップ自体の性能又は当該直列回路の性能に基づいて行うことができ、また、直列に接続された過電圧保護素子の性能に基づいて行うこともできる。

ヒュージブルリンクによるトリガ回路のトリップは、好ましくは、電源続流を伴う、通常の挙動とは異なる負荷に対して行われる。このための判断基準として、少なくともスパークギャップの走行領域まで、又は、好ましくは、消弧チャンバ内まで走行する続流の発生そのものを選択する、或いは、これに加えて特定の電流値の超過又は当該続流の比エネルギを選択することができる。

バリスタとの直列回路の場合、スパークギャップの走行領域又は消弧チャンバで続流が発生する点から選択を行うことができる。バリスタは、限られたレベル及び継続時間までしかグリッド周波数続流を流すことができない。例えば数十～百アンペアの高い続流の発生は、故障挙動又は過負荷の危険性を示す。

しかしながら、バリスタは、低エネルギー（例えば、８／２０μｓ）の非常に高いサージ電流及び高エネルギー（例えば、１０／３５０μｓ）の中程度のサージ電流を複数回消散することができる。これらの負荷では、スパークギャップの断路装置は作動しない。

一方、トリガ可能なスパークギャップでは、電源続流が発生しても、まだバリスタの負荷容量を下回っている小さいサージ電流であってもアークが発現する。

スパークギャップに用いられるヒュージブルリンクは、言わば、軽負荷と故障負荷とを区別することができるものである。ヒュージブルリンクワイヤがサージ負荷時でもアークの直接作用を受ける場合は、負荷容量の区別を調整することができる。

本発明の教示は、特に、続流負荷の結果としてトリガ装置をスイッチオフすることを目的としている。トリガ回路は、当然のことながら、例えばサージ負荷に基づく他の判断基準に応じて断路されるように構成することもできる。

点火領域、アーク走行領域及び消弧チャンバ、特に消イオンチャンバ、を備えた本発明にかかるさらに発展させたホーンスパークギャップから、続流負荷の場合のアークの走行挙動は、サージ負荷と大きく異なることが確立された。このアークの異なる走行挙動を用いて断路素子をトリップする。

以下に、本発明について、次の図面を使って例示的な実施形態を基により詳細に説明する。

ホーンスパークギャップ、トリガ回路、アーク走行領域及び消弧又は消イオンチャンバ、並びにヒュージブルリンクを基にした本発明にかかる評価ユニットを備えた例示的な装置を示した図である。 消イオンチャンバへの入口領域にヒュージブルリンクを備えるとともにさらなるヒュージブルリンクを点火領域の上方の空間に備えた、図１に図示した解決策の発展形態を示した図である。 図２ａと同様のスパークギャップの断面図である。 ホーン電極の一方に遮断部又は絶縁部を備えるとともにこれにヒュージブルリンクが接続された例示的な実施形態の図である。 消イオンチャンバ及び消弧板を備え、ヒュージブルリンクが２枚の隣り合う消弧板間に直接接続されたホーンスパークギャップの原理図である。 消イオンチャンバの消弧板及び側方にばね張力下のスライダとして消弧板の隣に設置された断路素子の平面図とともに示したホーンスパークギャップの例示図である。 ヒュージブルリンク及び断路装置を備え、機械的プリストレスを受けたスライダが設けられ、ヒュージブルリンクが該プリストレスを受けたスライダを固定しており、外部アーク形成の際に生じるプラズマが消弧板間の領域に進入するように、該プラズマのための流入開口又は流入路が形成されたスパークギャップの配置を示した図である。 チャンバ内でのアーク形成を促進するためにヒュージブルリンク又は補助ヒュージブルリンクが貫通する開口部を有する例示的な消弧板又は消イオン板を示した図である。

図１の過電圧保護装置は、トリガ回路２を有するスパークギャップ１を前提としている。スパークギャップは、様式化して図示した２つの弓状のホーン電極３０，３１を有しており、該ホーン電極３０，３１は、アーク走行領域３の周囲を囲んでいる。ホーン電極３０，３１の基部領域に点火電極又は補助電極７が配設されており、該電極７はトリガ回路２に接続されている。

例えばスイッチとして構成された断路素子６は、点火電極又は補助電極７とトリガ回路２との間の接続を遮断することができる。

消イオンチャンバ又は消弧チャンバ４は、アーク走行領域３に隣接しており、複数の消イオン板又は消弧板（図示せず）を収容している。

消イオンチャンバ４の領域に評価ユニット５が配設されている。

この評価ユニット５は、ワイヤ状のヒュージブルリンクから構成される。ヒュージブルリンクが過負荷になった場合、図に矢印で表したように、トリガ回路を遮断するための断路素子又はスイッチ６の作動が起こる。

図１には図示していないが、評価装置５の重要な構成要素であるヒュージブルリンクは、好ましくはスパークギャップ１の消イオンチャンバ４内に配置される。

スパークギャップ１は、ここでは、短いサージ電流が消イオンチャンバ４に進入しないように、且つ、長いサージ電流の場合の進入は、特定の条件下でのみ又は電流次第で可能であるように実施される。

続流は、１０Ａ未満の非常に低い電流値であっても、例えばコンセントレータ・プレート（図示せず）を通じて、自身の磁界の補助により、数ミリ秒以内に消イオンチャンバ４に到達する。

図２は、図１に関連して説明した原理に基づくヒュージブルリンク８；８１の配置の発展形態を示した図である。

この図によれば、同じくホーン電極３０；３１を備えたスパークギャップ１を前提としており、スイッチ装置６によって断路することができる既述のトリガ回路２は、外部電気接続部と点火電極７との間に存在する。

リリースワイヤであるヒュージブルリンク８１は消イオンチャンバ４の内部に配設されており（図１参照）、消イオンチャンバは、入口領域９ｂ及び出口領域９ａを有する消弧板９を備えている。

サージアークを通常有する空間を参照符号１０で示す。続流アークのアーク走行領域を参照符号１３で示す。

電極３０及び３１は末広がりとなっており、前記空間１０は点火領域の上方に配設されており、該空間では、サージアークにより、より強力なイオン化がなされるとともにスパークギャップに熱応力が生じる。

ヒュージブルリンク８をこの容積部に配置する場合、定格範囲内の複数回のサージ電流を受けてトリップしてしまうことがない寸法設定が必要である。トリップは、定格範囲を超えるサージ電流で又は電源続流によって、その時のみ行われるようにすべきである。ヒュージブルリンク８は、例えば、図２のように、スパークギャップ１の走行レール又はホーン電極３０，３１間に延設され、少なくとも一方の側に絶縁部１１が設けられている。ヒュージブルリンク又はリリースワイヤ８の機械的プリストレスは、アーク領域の外に配設されたばね１２によって付与されている。

この範囲のヒュージブルリンクのトリップは、特に、バリスタとの併用で発生する低エネルギーのサージで可能である。単一のスパークギャップにおいて動作時に高エネルギーのサージ電流及び電源続流が発生する場合は、設計がより難しく、ワイヤを保護するための付加的な手段を設けざるを得ない場合もある。したがって、ヒュージブルリンクを参照符号８１に従って位置決めする方が好ましい。

ホーン電極３０；３１間において、スパークギャップ１内の領域１３は領域１０に隣接している。走行レール即ち電極に沿って移動するアークのみがスパークギャップのこの領域内に到達する。上記の説明によれば、電源続流の場合のみアークが領域１３に進入する。

アークが領域９ｂに進入すると、ヒュージブルリンク８１がアークに捉えられ、その結果、ヒュージブルリンク８１が融解して断路素子又はスイッチ６を作動させる。

ヒュージブルリンク８１を流れる電流の流れがリンクの過負荷を補助しようとすることもあるが、これは本質に関わることではない。

図２ａ又は図２ｂに図示した配置は、蛇行型又は絶縁棒型の消弧チャンバとともに用いることもできる。

図２ａ及び図２ｂにおける領域１０内のアーク４０及び領域１３内のアーク５０の位置は一例として示したものである。

図２ｂの消イオン板９は、空間１３内から始まる入口領域９ｂを有している。

ここでは、ヒューズワイヤ８１は、走行レールにおいて絶縁された状態で保持されており、ばね１２によるプリストレスを受けている。

走行レールに対するヒュージブルリンク８１の絶縁は、短絡回避の他に、電圧スイッチング素子としての役割も果たすことができ、その結果、安全機能が得られる。例えば印加電圧がアレスタの選定された保護レベルを超えた場合に、スイッチオフをトリップすることができる。

或いは、ヒュージブルリンク８；８１をホーン電極３０，３１に対して両端で絶縁して固定するという選択肢もある。この場合のヒュージブルリンクは、アークが進入すると、該アークの熱的影響を受ける。図２ｂでは、ワイヤ８１は、例えば、スパークギャップ１の走行レール又は電極の間において消イオンチャンバの入口領域９ｂに接近させているだけである。

図２ｂは、領域１０及び１３並びに消イオンチャンバの消弧板９を備えたホーンスパークギャップの断面図である。ここでは、図２ｂは、ヒュージブルリンク８又は８１を、アーク走行領域の境界壁６０への横方向接続及び機械的プリテンション１２によって、消イオンチャンバを横切るように位置決めした状態を示している。

図２ａ及び図２ｂに関する説明によれば、ヒュージブルリンク８；８１又はその部品は、アークに、少なくとも続流アークに常に直接暴露される。これは、続流とサージ電流とを区別するという目的にとっては危険なことではない。しかしながら、続流負荷が複数回ある場合は、経年劣化を考慮しなくてはならない。基本的にヒュージブルリンクを流れる電流の流れを介してのみ過負荷となり、アークの影響では過負荷とならないようにヒュージブルリンクを配置することが可能である。

走行領域１３又は消イオンチャンバへの入口領域におけるワイヤ８１の直接接触の他に、走行レール又はホーン電極における遮断部又は絶縁して導入される接触部を用いて、続流及び一定の走行距離が生じたときだけヒュージブルリンクが負荷を受けるようにすることもできる。

原理上このタイプである装置を一例として図３ａ／３ｂに示す。

この目的のために、遮断部１４又は絶縁部がホーン電極３０に挿入される。しかしながら、絶縁された接触部をホーン電極に設けることも可能である。この接触部の領域は、容積部１０の上方、つまり領域１３内に存在するか（図２ａ参照）、或いは、消イオンチャンバ４の近傍に存在する。

領域又は空間１３において、発生する続流はごくわずかしか減少せず、これは好都合なことである。

図３ａ及び図３ｂに示したスライダ１５は、スプリングプリテンションによってヒュージブルリンク８に固定され、スライド装置１６によって送られる。このスライダ１５は、スイッチ６のトリップ時に開いて、スパークギャップ１のトリガ装置２を遮断する。

図３ｂの側面図は、スライダ１５のワイヤ８への例示的な固定を示している。

スイッチの作動は、撃針等の解放によって行うこともできる。スイッチ６をロックすることもできる。

トリガ回路を消イオンチャンバ側に配置すると、所要空間が小さく、部品数が少ないという利点があり、力の変更又は実効方向の変更は必要でない。これに関しては、ヒュージブルリンクを適切に経由させなくてはならない。

ヒュージブルリンクの好ましくない負荷状態は、解放挙動の調整の選択により解消することができる。

一構成として、ヒュージブルリンクを、消イオンチャンバ４内で消弧板に直接接触させるとともに少なくとも２枚の消弧板に架け渡し、アークと当該消弧板とが接触すると、少なくとも部分電流又は全ての電流がヒュージブルリンクを流れるようにすることができる。

この原理を実施した基本的な装置を図４に示す。

スイッチとして構成された、トリガ回路の断路装置６は、例えば、ヒュージブルリンク８のトリップ時に、ばね力１２下のスライダ１５によって遮断されるクランプ接触として構成することができる。

ここでは、スライダ１５は、スイッチ６の接触部の接触力を解消するのに十分な初期応力下にある。

スライダ１５はスライド態様で案内されて絶縁片として接触領域に入り込み、トリガ回路のスイッチ６が開くことで、スパークギャップ横の印加場における必要最小絶縁破壊強度も維持される。

図４には、例えば、サージ負荷のトリガ判定基準又は直列に接続された要素の負荷に反応することができるさらなるスライダ１７も示している。

このスライダ１７は、ヒューズワイヤ８の状態とは無関係にトリガ回路を遮断することができる。

ヒューズワイヤ８は、電流負荷の他に、熱負荷又は圧力負荷に反応することができ、よって、スパークギャップの負荷又はトリガ電極の断路のために直列に接続されたデバイスの負荷の様々な判定基準を採用することができる。

図５は、スライダ１５のヒュージブルリンク８への例示的な横方向固定、及び消イオンチャンバの消イオン板におけるその経路及び接触を示した図である。

この図の場合、４枚の板の間で接触が行われており、よって、アークが消弧チャンバで分散された場合、ヒュージブルリンクが約６０Ｖの電圧の負荷を受け、その結果、抵抗に応じてヒュージブルリンクに対して電流負荷が生じる。

低い値では、電流全体をワイヤで全て流すことができるが、高い電流値では、アークが進入して分断された後に電流が分断される。このとき、この過程にはアーク電圧の一定の上昇が必要であるため、部分アークへの分断の前に非常に短時間だけワイヤにおいて最も高い電流負荷が生じることになる。

図示の装置を多数続流負荷に対応する寸法とする場合は、ヒューズワイヤがこの分断段階ですでに過負荷になってしまわず、例えば、アークが消弧チャンバ内に長時間残り、これに関連してヒュージブルリンクに電流が分流されるとともに消弧板が加熱されたときにのみ過負荷になるようにしなければならない。

ヒュージブルリンクワイヤの抵抗が約１００ｍΩである場合、１ｋＡを大きく下回る電流ですでに電流の分断が行われ、その結果、消イオンチャンバの消弧容量はほとんど損なわれない。

このとき、電流又は部分電流がヒュージブルリンクの融解又は変形をもたらし、その結果、トリガ回路を断路するためのスイッチのトリップが可能になる。

消弧板又は消イオン板と直接接触させる他に、アークが消弧チャンバ内の特定の位置に到達した後にのみヒュージブルリンクが負荷を受ける配置も可能である。

この目的のために、接触部の下方で少なくとも１枚の消弧板を遮断することが可能である。同様に、少なくとも１つのヒュージブルリンクワイヤ端部を２枚の消イオン板の間に電位プローブのように挿入することができる。ヒュージブルリンクをさらに消イオン板から最小限絶縁させることができる。

上述の変化形態は、当該領域での十分なイオン化又は直接接触があるときだけ電流の流れを許可する。このタイプの実施形態は、特に、このようにすることで、消イオン板に至るまでの空間をすでにイオン化することができる大きいサージ電流の場合も電流の流れを回避することができるため、アーク点弧領域と消イオン板との間の距離が小さい場合に有利である。

図５の図によれば、ヒュージブルリンク８を横方向に経由させ、これに応じて消弧板に接触させる方が好ましいが、原理上、プリテンションの軸方向選択も可能である。

したがって、スパークギャップのトリガ回路は、多くの場合、当該スパークギャップの隣に横方向に配置されてアクティブ方向に配設されるため、半径方向に負荷がかかることに加えてヒュージブルリンクが横方向に経由されていることは、特に有利である。

直接接触させて消弧板間に架け渡す場合、ヒュージブルリンクワイヤの抵抗が低いと、特に低電流では、ヒュージブルリンクでの電圧降下が小さすぎるため、状況によっては、かけ渡された消弧板の間ではアークを形成できない場合があることに留意しなくてはならない。このように、ヒュージブルリンクが電流制限を低減させることがある。この理由から、架け渡す消弧板の数は少なく抑えるべきである。

例えばスライダとして構成されたスプリングテンションを受けた断路素子に対する機械的固定機能を実現するためにヒュージブルリンクの一部を消イオンチャンバの外に出す場合、電流がヒュージブルリンクに完全に転流されると、アーク燃焼チャンバ又は消イオンチャンバの外でアークが生じることがあり、これは特にヒュージブルリンクの機械的負荷の領域で起こることがあることに留意しなくてはならない。

アークチャンバ外のアークによりチャンバの損傷又は橋絡が生じないように、特に消イオンチャンバの場合、付加的な手段によって、架け渡された板の間での部分アークの点弧を促進することができる。この目的のために、ヒュージブルリンクが消弧板間を経由する領域の外にガス流路を引き出し、外部アーク形成の際にはプラズマが消弧板間に進入できるようにすることができる。

この原理の実施形態を図６に示す。

進入開口又は流入路１８は図６の図のように存在する。同図に示したスライダの機械的固定の領域において、ヒューズワイヤ８は、消イオンチャンバ４の外で固定されており、その経路に対して半径方向のばね力１２によって応力が加えられるとともにガイド片１９で固定されている。非断熱負荷の場合、状況によっては、これを、拡張部２０の領域においてアークの形成をもたらす機械的拡張部まで通じるようにすることができる。この領域２０をカバー片２１で仕切ることができ、その結果、生じるプラズマを開口１８から消イオン板９間に案内することができる。これにより、低い電流であってもこの領域でのアーク形成が補助される。

さらに、ヒュージブルリンクワイヤ８の各部品の設計及びその板間経路を、アークの形成が板９間で直接起こるようなものとする選択肢もある。これは、例えば、ヒュージブルリンクの狭小部位によって、又は、消イオン板９の穴又はスロット状の開口部にヒュージブルリンクワイヤ又はこれに続いて融解するさらなる補助的なワイヤ２２を経由させることで可能となる。

消イオン板９に例示的な開口部２３及び２４を備えたこのタイプの発展形態を図７に示す。

アークチャンバの外でヒューズワイヤにおいてアークが形成される場合、最初の被接触消イオン板と相対的に近い方のホーン電極との間でアークが再点弧し、掛け渡された板の領域の該アークが再びチャンバに進入するという点でも、消イオンチャンバでのアークの点弧が起こるようにすることができる。これは、特に、結果として再点弧によってアーク電圧がごくわずかしか又はごく短時間しか低下しないため、チャンバの縁部において板に架け渡されている場合に可能である。

電流の分流の調整に加えて、アークチャンバの少なくとも部分領域のバイパスのインピーダンスにより、必要アーク電圧及びインピーダンスにおける電圧降下による電圧制御もある。これは、インピーダンス自体と同様に電流に依存する。

ワイヤ材料によるインピーダンスの調整、ワイヤ即ちヒュージブルリンクの接触及び形状、並びに架け渡される板の数による電圧負荷に関する説明は、単なる例示的な説明と見なされるべきものである。繰り返しになるが、当然のことながら、線形又は非線形の挙動を有する別の要素を負荷のレベル又は時間を制御するための補助として用いることもできる。架け渡す消弧板の数を変えることで、本発明の基本的な考え方を変更することなく、電圧タップの代わりに電圧制限素子又は電圧スイッチング素子をヒューズワイヤ負荷の制御に同様に用いることができる。

図４から図７にかかる各装置は、特に、持続時間及びレベル並びにヒューズ積分の観点から、幹線電流挙動の評価に適している。したがって、これらの実施形態は、個別にトリガ可能なスパークギャップに、また、その直列接続に特に適している。

比較的低いレベルの続流の発生だけで故障判定基準として十分である場合、図２及び図３にかかる実装形態を用いることができる。

これは、例えば、バリスタとトリガ可能なスパークギャップとの直列接続から構成される装置が当てはまる。この場合、電源続流の消弧チャンバへの進入、即ち、サージ電流との差異をすでに適切なトリップ判定基準として用いることができ、よって、ヒュージブルリンクのＩ^２ｔ値を非常に小さく抑えることができる。

スパークギャップの直列接続又は単一のスパークギャップで過負荷の危険性を検出する場合、故障続流挙動と確かな動作又は電力範囲における通常機能下の続流挙動とを区別する必要がある。

続流を伴う通常の消弧挙動については、スパークギャップは、一般的にグリッドの最大許容動作電圧及び最大許容予想短絡電流で発生する最大発生消弧積分を有する。この既知の値は、とりわけ、縦方向の分岐における最小プリヒューズに対する選択性の指定に用いられる。一般的に、上記２つ値に付加的な安全係数が考慮される。

上記の値に達する或いはこれを超過してしまう危険性がある場合、スパークギャップを断路する必要がある。したがって、ヒュージブルリンクの負荷は、アレスタの電流制限積分を超えるとトリップが起こるような寸法とされる。

尚、この限界値はスパークギャップの性能と等しい値に設定してはならない。スパークギャップは、原理上、このような負荷及びより高い負荷でも複数回確実に消弧することができるものである。例えば、消イオンチャンバの消弧板は、当該値のおよそ２倍又は３倍の積分でのみ、板の温度が隣接するハウジング又はその他の支持体の絶縁材料の融解温度に短時間で達するような寸法とされる。

ヒュージブルリンクの所望のトリップ挙動に対して、断面の抵抗値などの点で材料によって影響を与えることができる。高い固有抵抗では、又は、電流負荷の抵抗を上昇させると、ワイヤを流れる電流を駆動する電圧が、正の温度勾配の抵抗上昇により当該電流が非臨界値まで減少することがないように一定のレベルを有するので有利である。

２枚の消イオン板間の電圧は、ある一定の範囲においては、材料、電流及び冷却に依存する。好ましくない場合としては、この電圧が２０Ｖを下回ることがある。このような状況下で確実にヒュージブルリンクに対する過負荷を誘発するために、数枚の消イオン板間を接触することが可能であり、これにより、駆動電圧を数倍のレベルまで上昇させることができる。

しかしながら、抵抗値の点で温度依存度が低い又は負の温度勾配の材料を採用することもできる。

ヒュージブルリンクワイヤ自体を板にクランプ、溶接又ははんだ付けして接触させることができる。

各接触部は付加的にサーマルトリップが可能であり、これをスパークギャップの全体負荷に結合することができる。

このようなサーマルトリップは、例えば伸張又は短縮といったヒュージブルリンク６の状態変化によってもたらすことができる。

電流の流れによって過負荷になる又はサーマルトリップすることができるヒューブルリンクワイヤを用いる他に、形状が変化する材料を用いることもできる。形状記憶合金を基にした材料は、例えばワイヤのように断熱的に過負荷にすることもできるが、例えば、小さい電流でも十分な引張力を生じさせることができるという利点がある。ヒュージブルリンクワイヤは、軸方向にも半径方向にも機械的プリストレスを加えることができる。直径が２００μｍ以下のワイヤは、数ニュートンの引張力を永続的に維持することができ、これを断路装置又はスイッチを作動させるのに用いることができる。

Claims (19)

1. アーク消弧用の消イオンチャンバ（４）を備えて絶縁ハウジング内に配設されたホーンスパークギャップを備え、前記消イオンチャンバ（４）は、間隔を空けて配置された複数の消弧板（９）を有し、前記ホーンスパークギャップの点火領域にトリガ電極（７）が配設された過電圧保護装置であって、
   トリガ回路（２）と前記トリガ電極（７）との間の接続を遮断して前記トリガ電極（７）を断路する断路素子（６）が設けられ、該断路素子（６）は、前記消イオンチャンバ（４）の領域に配設された評価ユニット（５）によってトリップ又は制御されることを特徴とする過電圧保護装置。
2. 前記トリガ電極（７）は、電圧制限素子又は電圧スイッチング素子を介して前記ホーンスパークギャップ（１）の主電極の一方（３０）に接続されており、前記断路素子（６）によってこの接続を遮断することができることを特徴とする請求項１記載の過電圧保護装置。
3. アーク消弧用の消イオンチャンバ（４）を備えて絶縁ハウジング内に配設されたホーンスパークギャップを備え、前記消イオンチャンバ（４）は、間隔を空けて配置された複数の消弧板（９）を有し、前記ホーンスパークギャップ（１）の点火領域にトリガ電極（７）が配設された過電圧保護装置であって、
   断路装置は、前記消イオンチャンバ（４）の領域に配設され、その場で電源続流の負荷に暴露されるヒュージブルリンク（５；８；８１）を備え、該ヒュージブルリンク（５；８；８１）は、断路素子（６）を第１の位置に保持しており、融解すると、この断路素子（６）を、該断路素子（６）が第２の位置を取るように開放し、前記第２の位置に到達すると、前記トリガ電極（７）への電気接続が遮断されて前記トリガ電極（７）が断路されることを特徴とする過電圧保護装置。
4. 前記トリガ電極（７）は、電圧制限素子又は電圧スイッチング素子を介して前記ホーンスパークギャップ（１）の主電極（３０；３１）の一方に接続されており、前記断路素子（６）によってこの接続を遮断することができることを特徴とする請求項３記載の過電圧保護装置。
5. 前記ヒュージブルリンク（８；８１）は、前記消イオンチャンバ（４）の間隔を空けて配置された消弧板（９）と接触していることを特徴とする請求項３又は４記載の過電圧保護装置。
6. 前記電圧スイッチング素子はガスアレスタとして構成されることを特徴とする請求項４記載の過電圧保護装置。
7. 前記ヒュージブルリンク（８１）は、前記消イオンチャンバ（４；９）のアーク入口領域（９ｂ）に配置されることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
8. 前記断路素子（６）は、前記ホーンスパークギャップ（１）の点火領域の上方の空間（１０）に配設されたヒュージブルリンク（８）によってトリップすることもできることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
9. 前記ヒュージブルリンク（８）は、前記スパークギャップ（１）の走行レール又はホーン電極（３０；３１）の一方に接続されることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
10. 前記断路素子は、前記消イオンチャンバ（４）の隣に横方向に配置され、スライダとして構成されることを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
11. 前記断路素子は、その大部分が前記消イオンチャンバ（４）内に配置されることを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
12. 前記ヒュージブルリンク（８１）は、前記消イオンチャンバ（４）のアーク入口領域（９ｂ）又は前記ホーンスパークギャップ（１）の点火領域の上方に配設される空間（１０）に隣接するアーク走行領域（１３）に無電位で配置されることを特徴とする請求項３又は４記載の過電圧保護装置。
13. 前記ヒュージブルリンク（８；８１）は、熱を感知する態様で固定されることを特徴とする請求項３から１２のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
14. 前記断路素子（６）の作動のために前記ヒュージブルリンク（８）の一部が前記消イオンチャンバ（４）の外に経由されており、外部アークの形成に起因するプラズマのための流入開口又は流入路（１８）が形成されていることを特徴とする請求項１０記載の過電圧保護装置。
15. アーク消弧用の消イオンチャンバ（４）を備えて絶縁ハウジング内に配設されたホーンスパークギャップを備え、前記消イオンチャンバ（４）は、間隔を空けて配置された複数の消弧板（９）を有し、前記ホーンスパークギャップ（１）の点火領域にトリガ電極（７）が配設された過電圧保護装置であって、
    断路装置は、前記消イオンチャンバ（４）の領域に配設され、その場で電源続流の負荷に暴露されるヒュージブルリンク（８）を備え、該ヒュージブルリンク（８）は、スライダ状の断路素子（１５）を第１の位置に保持しており、融解すると、この断路素子（１５）を、該断路素子（１５）が第２の位置を取るように開放し、前記第２の位置に到達すると、前記トリガ電極（７）への電気切替接続が遮断されて前記トリガ電極（７）が断路されることを特徴とする過電圧保護装置。
16. 前記トリガ電極（７）は、電圧制限素子又は電圧スイッチング素子を介して前記ホーンスパークギャップ（１）の主電極の一方（３０）に接続されており、スイッチとして構成された断路素子（６）によってこの接続を遮断することができることを特徴とする請求項１５記載の過電圧保護装置。
17. 前記ヒュージブルリンク（８）は、前記消イオンチャンバ（４）の間隔を空けて配置された消弧板（９）と接触していることを特徴とする請求項１５又は１６記載の過電圧保護装置。
18. 前記ヒュージブルリンク（８）の状態とは無関係に前記トリガ電極（７）への切替接続を遮断するさらなるスライダ（１７）を設けたことを特徴とする請求項１５から１７のいずれか一項に記載の過電圧保護装置。
19. 前記スライダ（１７）は、サージ負荷に反応する、又は前記スライダ（１７）は、前記電圧制限素子又は電圧スイッチング素子の負荷に反応することを特徴とする請求項１８記載の過電圧保護装置。

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