JPH06511617A - 電気設備の過負荷および短絡防護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気設備の過負荷および短絡防護装置 技術分野 本発明は、電気設備の過負荷および短絡防護装置に関する。本装置には、回路遮 断器および回路遮断器と直列に配置された電流制限器が含まれ、電流制限器には 並列に接続された少なくとも二つの電流分岐が含まれ、その一方の分岐が正温度 係数を備えたサーミスタを含み、他方が、短絡の際のサーミスタの電流と電圧と のリリーフのためのインピーダンスを含んでいる。本防護装置は主として、動作 電圧か多くとも１０００Ｖの低電圧設備用に意図されている。

背景技術 セラミック形成のサーミスタを包含する上述の種類の装置は、特許公告ＤＥ−Ａ −２５１０３２２号により既に周知である。セラミック・サーミスタの不利点は 、温度がある値を超えた場合、負温度係数を示すことである。更にセラミック・ サーミスタは、それがその高抵抗状態に変化すると、それが受ける熱応力および 機械的応力で容易に割れてしまう。更に、比較的に高価である。

過電流防護用に意図された別の形式のサーミスタか、なかんずく、特許公告ＥＰ −Ａ−００３８７１６号およびＥＰ−Ａ−００８７８８４号により周知されてい る。この形式のサーミスタは、高分子材料、例えば、導電性材料、例えばカーホ ンブラック、の粒子を包有する高圧法ポリエチレンで構成されている。ポリマー をベースとする上述の種類のサーミスタは、セラミックのそれと比較して幾つか の利点を備えている。例えば、当該温度範囲内における抵抗は温度と共に単調に 増加し、抵抗の増加は可成り大となる。更にまた安価なものである。

しかし、周知のポリマーをベースとする形式のサーミスタについての不利点は、 この種サーミスタの抵抗か、低抵抗から高抵抗状態に変化した後、初期抵抗に復 帰しないことである。更に重大な場合には、短絡電流のような極めて大きい電気 応力をサーミスタが受けた際、サーミスタの高分子組成物の中心またはその他の 部分（１膨れや割れの形成か生起され、従って最早作動不能どなり、換言ずれば このサーミスタは破壊される。

周知ポリマーをベースとするサーミスタの場合、高分子組成物の本体に対して極 力効率的に電極を確保して可能な蔽良の電気的接触を達成し、境界抵抗を最小化 することてあった。電拉；の良好な固着を達成するため、通常、サーミスタの製 造中に高分子−組成物か電極表面の空所内へ溶融浸透し得るように、高分子組成 物の本体に而する側の電極面を不規則な表面構造とする。電極は通常、金属フォ イルから成り、加熱中、本体」ニヘ押圧されることにより、付着される。

発明の要約 本発明は、低電ＩＥｔｊＩ回路網に生ずる最大短絡電流を遮断てき、旧つサーミ スタを備えた既往の防護装置の上述の不利点を解消した、比較的簡単で安価な、 上述の種類のｒ７Ｊ護装置を提供することを１−１的としている。この目的は、 請求の範囲第１項に記述された独特の特徴を示す装置により、本究明に従って達 成される。

本発明による防護装置には、周知のサーミスタと比較するに、低抵抗から高抵抗 状聾に変化した後にυ）期抵抗に復帰し、短絡電流に遭遇した後にも再使用か可 能な、ポリマーをベースどするサーミスタか包含されている。更にこのサーミス タは、低位エネルギ発生の際にぞの抵ＩＡ：を変化さぜ、換言ずればぞの電流制 限特性か向上される。

本発明によ第１ば、上述の結果は、当該接触面へ垂直に向けられた圧力を加圧装 置によ−って維持しながら、サーミスタ内の電極と導電性高分子組成物本体とで または導電性品分「−組成物の二つの本体同志で少なくとも１回の電気的接触を 行うことにより、本体と自由接触を行う電融により、または互いに自由接触を行 う」二連の二つの本体とによＪ）、達成される。高分子組成物から成る単数また は複数の本体の平行面にχすして垂直に７ｒＸ、ｔＪｊ上に維持される圧力はな るへくなら、少なくとちＯ，１ｈｉＰａになることか望ましい。特に０．１ＭＰ ａから１０ＭＰａの圧力か望ましい。

図面の簡単な説明 添付図面に関連して実施例を記述することにより、本発明を更に詳細に説明する 。

第１図は本発明による防護装置の回路図を示し、第２図は第１図による防護装置 に包含されるサーミスタに関する抵抗対温度の曲線を示し、 第３図および第４図は、二つのＷＸ、極とＴＬ極間の導電性高分子組成物が位置 する一つおよび二つの本体から成る二つの異なるサーミスタか断面で示され、第 ５図および第６図には、第１図による防護装置に包含される形式の加圧装置を設 けられたサーミスタの二つの異なる実施例か断面で示され、第７図は第１図によ る防護装置による回路遮断中の電流の変動を示し、第８ａ図、第８ｂ図および第 ８Ｃ図は、第１図による防護装置に包含される電流制限器の種々の部分を、分解 された状態で斜視図に示し、第９図は同上装置の部分を垂直断面で斜視図に示し 、第１０図および第１１図は、本発明による防護装置に包含される電流制限器の 更なる変形態様の回路図を示す。

好適な実施例の説明 第１図に示す過電流および短絡防護装置には、回路遮断器および回路遮断器と直 列に接続された電流制限器か含まれている。回路遮断器は例えば、ＭＣＢ（小形 回路遮断器）または小形回路遮断器とも称される、例えば６３Ａの定格電流を伴 う、い才）ゆる自動ヒユーズで構成することもできる。この回路遮断器には、コ ンタクト装置ｌ、適度の過電流でコンタクト装置の開離を開始するようにされた バイメタルトリップ装置２ならびに、短絡電流で接触装置へ直接に影響を及ぼす バー力ソンヨン電機子磁石（いわゆるキツカー）の形態の即時トリップ装置３が 含まれる。電流制限器には、本実施例において、例えば１００ｍΩの抵抗を備え た線形抵抗器から成るｔｔＵ＜に示されているインピーダンス５と平行に接続さ れた正温度係数（ＰＴＣ素子）を有するサーミスタ４か含まれている。

サーミスタ４は、上述のポリマーをベースとする形式である。第２図には、温度 （Ｔ）と比較したこの種のサーミスタの抵抗か示されている。例えば８０°Ｃに まて延びｉするサーミスタの通′；”’；の動（’１ｍ囲においては抵抗か例え ば３ｍΩと低く、温度ど共にｔ＋−１”かに増大する。例えは過電流のためにサ ーミスタの温度が」二連の値を超えて上Ｓ７すると抵抗か更に急速に増大し、後 述の遷移温度と称する、例えは約１２０°Ｃに位置する温度（Ｔｔ）を超えると 、サーミスタか低抵抗から高抵抗状聾へ突然に変化（７、そこで抵抗は例えは１ ５０ｍΩとなる。

第３図によるサーミスタには、厚さｌ＋ｎ１１の長方形ディスクの形態の、例え ば体積で６７９６のポリエチレンと体積で３３９ものカーホンブラ・ツクとて構 成された、正温度代数を４１する導電１′１高分−１１１成物から成る中央に配 置された本体ｌＯならびに、本体の平行端面１０’、１０″（ディスクの両平た ん而）に配置された、それぞれ結合された端子１３．１４を４Ｆする二つのに庵 １１．１２か含まれている。電比１１は、両面に平たんな表面（１４造を備えた １７さ０．Ｓ閣のニッケルのプレー刊・から成る。このプレー１−は、その外側 を鋼の薄層てコーティングされ、本体ｌＯに当［ることによってのみ本体と接触 を行い、換言すれば、それは本体に固定されていない。電ｆｆｉ＋２は、不均一 な表面構造を備えた厚さ０．１１＋１１１の銅の層でその本体１０に面する側を コーティングされた、厚さ０．３ｍｍの銅フオイルから成１バこの層はプラズマ 溶射により塗布される。電極１２は、電極の内方に而する側の凹凸内へ液体状態 の高分子ｔ４ｔ”ｉか浸透し１！Ｉるよう、本体ＩＱか加熱されたｉＬ本体に対 しそれを押圧することによりポリマーへ固定される。

第」図による装置には、それぞれ平行面１０ａ’、ｌｏａ’および１０ｂ′、ｊ ｏｂ”を（６ｔｉえｔこ厚さ１ｍｍの長り形のディスクの形態の、第３図の本体 １０におけると同様な導電性高分子組成物から成る二つの本体１０ａ、ｌＯｂか 包含されている。これらのディスクは当接によってのみ、即ち互いに溶融されも しくは他の方法で固定さ第１ずに、電気的（＆触を行う。この世［ｉ　１１．１ ２は、第３図における；ｕＦｂ　ｌ　ｌ、］２と同し種類であっても良い。但し 、電ｆｆ１ｌｌはまた、電極１２と同し種類であっても良く、この電極と同様に 、本体１０ａへ固定されても良い。第４図による装置の場合、本体１０ａ、ｌＯ ｂは、サーミスタの緒特性を改変ず・＼ぐ、種々の導電性高分子組成物から成り 且つ種々の抵抗率を備えることもてきる。この装置はまた、同し、または異なる 抵抗率を有する導電性高分子組成物から成る二つ以上の本体１０ａ、１０１）を 含むように改変することもてきる。

本体または導電性高分子組成物を調整すべく電極か固定される場合、本体の少な くとも一つは、本体の別の一つと自由接触をしなければならない。７ｍｔｆｆｉ の一方または双方か、導電性高分子組成物から成る隣接本体と自由接触をする場 合には、例えは溶融により、全ての高分子本体を互いに固定させることもできる 。

第５図には、本体ｌＯの平行端面（ディスク１０の平坦な両面）に平行な二つの プレー１川５．１６を含む加圧装置内に第３図によるサーミスタが配置されて極 、また本体１０の端面への圧力は、多数のボルト１７を締め付けることにより生 起される。加圧装置のホルト頭部１７ａとプレートの一方１６との間には剛性は ね＋７ｂか配置され、それが、サーミスタか加圧されても完全には圧縮されず、 正常な作動に備えられる。短絡の場合、ばねは従って更に圧縮され、それぞれが 、本体１０からＴＬｔ’ｌｌか分離されることを可能にさせる。

第６図による装置は、ばね１７ａか包含されていない点、およびｘｔｉｉ＋とプ レート１５との間に１７さ１ｍｍのゴムのマツｌ□　３０か配置されている点で 第５図による装置と異なる。この種のゴムのマットは恐らく、更に電極１２とプ レート１６との間に配置することもてきる。

第５図および第６図による装置においては、第３図によるサーミスタの代りに第 ４図によるサーミスタを類似の態様て配置することもてきる。

第７図には、５００ｖの回路ｍ電圧と３０ｋＡの回路網短絡電流とにおける、第 １図による防護装置による短絡遮断中の電流の変動か示されている。通常の動作 においては、サーミスタ４（第１図）か低抵抗、例えば３ｍΩ、を有し、全動作 電流かそれを通って流れる。短絡か発生すると極めて急速に電流が上昇し、短絡 の発生から約１ｍｓ後でもサーミスタかトリップしく即ち低抵抗から高抵抗状態 へ変化する）。これによって、約１００ｍΩの抵抗を有する並列抵抗器５の方か 主要部となっているので電流か極めて迅速に制限されることになる。サーミスタ はこのように電流および電圧の双方を緩和し、それによりサーミスタにおける高 分子［オ料の破壊か回避される。更に２ｍ５ｉ組接触装置１は、パー力・ソンヨ ンｉｌｌ！子磁石３の作用によって開かれ、それにより電流は、短絡の瞬間から 約５ｍｓ後に遮断される。７′ｒＬ流制限器４．５の故に電流か比較的低い値に 制限され、更に、可成り抵抗性を有するため、遮断は比較的に容易である。接点 の開離によりサーミスタ４の迅速な電圧リリーフか達成され、従ってサーミスタ を動作電圧に継続的に耐える如く設計する必要はない。

本発明による防護装置によって得られる結果の可能な説明は次の如くであろう。

短絡電流かサーミスタを通過する場合、高分子組成物自体におけるよりもサーミ スタの諸要素間の境界における抵抗が大きいので、高分子組成物の加熱は初期段 階において、はぼ、互いに接触する前記諸要素間の接触面に集中される。これが 材１−１表面におけるガスの形成をもたらして諸要素間に圧力の蓄積が生じ、更 にそれか電気力学的斥力に影響を及はされる。これが諸要素の分離と、従って、 電極およびそ第１と接触する高分子組成物から成る本体内の導ｒＬ粒子間、また は互いに分子組成物の接触面に溶融相か現出され且つ、継続する不都合な諸影響 を伴う何らかの応力を高分子組成物か受けることなく、サーミスタが接触面でト リップする。サーミスタ」二に圧縮圧力か残留するので、短絡後も接触面が熱い 状態で、互いに接触する諸要素間に当υノの接触および当初の境界抵抗を回復さ せることができる。

第８ａ図、第８ｂ図、第８ｃ図および第９図には３つの同じサーミスタが含まれ 、その１つかその構成部品を分離させて第８ｂ図に示されている。例えば第３図 に図示のものと同し種類の４＋Ｅ性高分子組成物から成る本体１０が、本体の回 りに延びるプラスチック・フレーム４ｏ内に配置されている。二つのＫｔｆｉｌ ｌ、１２は、厚さＩａｕの銀めっきされた銅のプレートから成り、それらは本体 ＩＯと、それに対し当接することによってのみ接触し、換言すればそれらは本体 に固定されていない。各電極には、母線への接続用とケーブル接続部用との端子 １３ｂ（図示せず）および＋４ｂと１３ａおよび＋４ａが交互に設けられる。電 極■１の外側にはくさび形の遊動板４１か配置され、電極１２の外側には薄板金 から成る遊動はね板４２か配置される。ばね板には、板から切り出され且つその 弾力性の特性を板に分与する複数の曲がり舌片４２ａが設けられる。プレート電 極１２により並列抵抗器５か支えらｔする。板４１．４２および電極１１．１２ ならびに導電性高分子配合物から成る中間本体１ｏを含むパッケージが、区画を 形成する二つの中間壁４３ｄ、４３ｅを備えた装置ハウジング４３内の三つの区 画４３ａ、４３ｂ、４３ｃの各々に配置されている。中間壁は、装置ハウジング 内の対向する二つの平行壁４３ｆ、４３ｇに平行である。装置ハウジングには、 区画４３ａの（ｊ部品１４　ａまたは１４ｂへの導体の交互接続部用の凹所４４ ａ、４４ｂ、区画４３ｂのｆＪ属部品４ａまたは＋４ｂへの導体の交互接続部用 の凹所４５ａ、４５ｂ、ならびに区画４３ｃの電極１２上の付属品１４ａまたは １４ｂへの導体の交互接続部用の凹所４６ａ、４６ｂか設けられる。装置ハウジ ングの、見えない反対側の壁には、各電極Ｉｎの（：ｊ部品１３ａ、１．３ｂへ の導体の接続部用の対応的な凹所かある。区画４３ａ、４３））、４３ｃにおけ るパッケージの各々の電極ＩＩ、１２および本体間のｒｔ力は、くさび形成４８ ．４９．５ｏをぞこに固定したカバー４７を装置ハウジング上へ作用させること によってもたらされ、くさび形成の各々は、区画４３ａ、４３ｂ、４３ｃのそれ ぞれの一つへ、その中に位置する板４１と接触かなされるまで挿入される。ノＪ バーには、取（儂」のため、機械的付属品４７ａ、４７１〕、４７ｃ、４７ｄが 配置される。第９図から明らかな如く、装置ハウジングは肉圧力吸収面に平たん で平行な補強壁５１，５２を設けられている。第８ａ図、第８ｂ図、第８ｃ図お よび第９図による装置は、三相導体の各々に接続されたサーミスタにより三相電 線路内へ接続されるべく意図されている。中間壁４３ｆ、４３ｇ、補強壁５１． ５２、カバー４７およびくさび形成４１．４８．４９．５０を備える装置ハヴシ ング４３は全て、例えば短いガラス繊維の形態の充てん剤を備えた電気絶縁材料 、例えばポリアミドで作られる。

サーミスタ４の電流および電圧のリリーフのためのインピーダンスは必ずしも線 形抵抗器５て構成される必要はなく、池の幾つかの変更態様が可能である。第１ ０図には、望ましくはＺｎＯバリスタの形態の、電圧依存抵抗器６と平行にサー ミスタ４か接続されている第二実施例が示されている。第１１図には、より高い 初期抵抗、例えば１０から５０ｍΩ、を有し且つ、線形もしくは電圧依存であっ ても良いリリーフ抵抗器５を有する第二サーミスタ７と平行にサーミスタ４が接 続されている第３実施例か示されている。リリーフ・インピーダンスはまた、負 温度係数を備えたサーミスタで構成することもできる（ＮＴＣエレメント）。

更に高い定格電流に対する防護装置においては、少なくともサーミスタ４の？１ ｔｉ１１．１２に、例えは冷却フランジの形態の冷却装置が設けられ、その場合 それは熱的に接続されて配置されるが、電極からは電気的に絶縁される。

Ｆｉｇ、　１ Ｆｉｇ、　５ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．電気設備の過負荷および短絡防護装置にて、回路遮断器（１、２、３）およ び回路遮断器と直列に配置された電流制限器（４、５）を含み、且つ並列に接続 された少なくとも二つの電流分岐を含み、その一方の分岐が、その抵抗率が正温 度係数を有するサーミスタ（４）を含み、他方の分岐がサーミスタ（４）の電流 と電圧とのリリーフのためのインピーダンス（５）を含み、それに正温度係数を 備えた導電性高分子組成物から成る本体（１０、１０ａ）が含まれ、本体に二つ の平行面（１０′、１０′′、１０ａ′、１０ａ′′）が設けられている防護装 置にして、高分子組成物から成る本体（１０）の平行面（１０′、１０′′）ま たは高分子組成物から成る本体（１０ａ）の平行面の一つ（１０ａ′）およびサ ーミスタ内に包含される別の本体（１０ｂ）もしくはサーミスタ内に包含される 他の幾つかの本体の一つの平行面（１０ｂ′）の一つが、前記第一本体と幾何的 に平行に配置され、その単数または単数の本体（１０ｂ）が、正温度係数を備え た同一もしくは別の導電性高分子組成物から成り、高分子組成物から成る単数ま たは複数の本体を経て電流を送るべくサーミスタ内に包含された電極（１１、１ ２）と電気的接触をして配置されている防護装置において、唯一つのこの種本体 がサーミスタ内に包含されている場合、高分子組成物から成る本体（１０）がそ の平行面の少なくとも一つ（１０′）を以て電極の一つ（１１）と自由接触をす るようにされ、あるいは一つを超えるこの種本体がサーミスタ内に包含されてい る場合、高分子組成物から成る本体の少なくとも一つ（１０ａ）がその平行面（ １０ａ′、１０ａ′′）の少なくとも一つを以て電極の一つ（１１）、または他 の本体（１０ｂ）、もしくは高分子組成体から成る他の本体の一つと自由接触す るようにされること、ならびに、加圧装置が、高分子組成物から成る単数または 複数の本体の平行面に垂直に向けられた圧力を電極に加えるようにされることを 特徴とする防護装置。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の防護装置において、電極（１１、１２）への圧力 が少なくとも０．１ＭＰａになることを特徴とする防護装置。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項に記載の防護装置において、電極（１１、１ ２）への圧力が０．１ＭＰａから１０ＭＰａになることを特徴とする防護装置。
4. ４．請求の範囲第１項から第３項の何れか一つの項に記載の防護装置において、 弾力性となる能力を備えた圧力付加装置（１５、１６、１７、１７ａ、１７ｂ） が加圧装置に設けられることを特徴とする防護装置。
5. ５．請求の範囲第１項から第４項の何れか一つの項に記載の防護装置において、 サーミスタの電極（１１、１２）へ圧力を付加する二つの部分（１５、１６）が 加圧装置に含まれること、および電極の一つと圧力付加部分の一つとの間にばね または弾性材料、例えばゴム、の層（３０）が配置されることを特徴とする防護 装置。
6. ６．請求の範囲第１項から第５項の何れか一つの項に記載の防護装置において、 リリーフ・インピーダンス（５）が抵抗器から得られることを特徴とする防護装 置。
7. ７．請求の範囲第１項から第５項の何れか一つの項に記載の防護装置において、 リリーフ・インピーダンス（５）が金属酸化物バリスタから得られることを特徴 とする防護装置。
8. ８．請求の範囲第１項から第５項の何れか一つの項に記載の防護装置において、 リリーフ・インピーダンス（５）が負温度係数（ＮＴＣエレメント）を備えるサ ーミスタから得られることを特徴とする防護装置。
9. ９．請求の範囲第１項から第８項の何れか一つの項に記載の防護装置において、 電流制限器が、前記の二つの電流分岐と平行に接続された第三電流分岐を含み、 前記第三電流分岐が、第一電流分岐のサーミスタ（４）と類似した高耐寒性のサ ーミスタ（７）を含むことを特徴とする防護装置。
10. １０．請求の範囲第１項から第９項の何れか一つの項に記載の防護装置において 、加圧装置が、導電性高分子組成物から成る単数の本体（１０）または複数の本 体（１０ａ、１０ｂ）の回りに配置されたフレーム（４３）、ならびにフレーム 内へ挿入可能なくさび形板（４１、４８、４９、５０）を含むことを特徴とする 防護装置。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載の防護装置において、フレーム（４３）が箱の 形状を有すること、ならびに、くさび形板の少なくとも一つ（４１）が箱内に配 置され且つくさび形板の少なくとも一つ（４８）が箱のカバー（７）に固定され ることを特徴とする防護装置。
12. １２．請求の範囲第１項から第１１項の何れか一つの項に記載の防護装置におい て、前記第一電流分岐に配置されたサーミスタ（４）の少なくとも電極（１１、 １２）が、例えば冷却フランジの形態の冷却装置へ熱的に接続されることを特徴 とする防護装置。