KR0178953B1 - 전기 회로 차단 시스템 및 전기 스위칭 시스템 - Google Patents

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Abstract

본원 발명은 전기 회로 차단 시스템에 있어서 회로차단기와 상기 회로차단기와 직렬 연결되어 온도에 따라 증가하는 저항의 온도 계수를 갖는 다수의 직렬 접속된 회로 보호 디바이스를 포함하는 디바이스 어셈블리를 포함하되 상기 호로 보호 디바이스는 전도성 폴리머로 이루어진 PTC소자들을 포함하는 전기 회로 차단 시스템에 관한 것이다.

Description

[발명의 명칭]
전기 회로 차단 시스템 및 전기 스위칭 시스템
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 PTC 재료로 이루어진 전기 디바이승에 관한 것이다.
[발명의 배경]
온도에 따른 저항률이, 비교적 작은 온도 범위에 걸쳐 급격히 증가하는 재료가 다수 알려져 있다. 이러한 재료들을 PTC 재료라고 하거나 PTC 동작을 보인다고 하는데, 여기서 PTC는 정온도 계수(positive temperature coefficient)의 약어이다. 여러 용도에 있어서, PTC 재료는, R14값이 2.5 이상이고/이거나 R100값이 10 이상인 것이 바람직하며, R30값이 6 이상이면 특히 바람직하다. 여기서 R14는 14℃ 온도 범위의 시작점과 끝점에서의 저항률의 비이고, R100은 100℃ 온도 범위의 시작점과 끝점에서의 저항률의 비이며, R30은 30℃ 온도 범위의 시작점과 끝점에서의 저항률의 비이다. 다수의 PTC 재료가 이 최소값보다 훨씬 더 큰 저항률 증가를 보인다. PTC소자(element)(즉, PTC 조성물로 이루어진 소자)의, 온도에 대한 저항의 로그값을 나타낸 도표를 보면, 조성물의 R100값이 10 이상인 경우 해당 온도 범위에서 급격한 기울기의 변화를 보임을 알 수 있다. 스위칭 온도(통상 축약하여 TS로 표시함)란 용어는 이렇게 도표상에서 기울기가 급격히 변화하는 부분의 양쪽에 있는 실질적으로 직선인 부분들을 연장하여 만나는 지점에서의 온도를 표시하는 데 사용된다. 본 명세서에서, 피크 저항률(peak resistivity)이란 용어는 TS보다 높은 온도 범위에서 조성물이 보여주는 최대 저항률을 표시하는 데 사용되며,피크 온도란 용어는 저성물이 피크 저항률을 보이는 온도를 표시하는 데 사용된다.
PTC 소자는 회로 보호 디바이스 및 자기 조절성(self-regulating) 히터의 구성 요소로 특히 유용하다는 것이 증명되었다. 이러한 전기 디바이스에서 사용되고 있거나 또는 사용되도록 제안되고 있는 PTC 재료는 소정의 세라믹 및 소정의 전도성 폴리머(conductive polymer)(이 용어는 폴리실록산(polysiloxanes)을 포함하는 것에 사용됨) 및, 유기 폴리머내에 분산(disperse)되었거나 다른 식으로 분포되어 있는 미립자 전도성 충전재(particulate conductive filler)를 포함하는 조성물을 표시하는 데 사용된다. 적합한 세라믹 재료로는 도핑된 바륨 티타네이트(barium titanate)등이 있고, 적합한 전도성 폴리머로는, 그 내부에 카본 블랙(carbone black)이 분산되어 있는 결정성 폴리머 등이 있다. PTC 세라믹은 일반적으로 큐리 온도(Curie point)에서 저항률이 급격히 변화하며, PTC 전도성 폴리머는 일반적으로 폴리머성 매트릭스의 결정 융점 바로 아래의 온도 범위에서 저항률이 급격히 번화한다. 시중에서 거래되고 있는 PTC 세라믹은,일반적으로,PTC 전도성 폴리머보다 더욱 급격한 저항률 증가율을 보인다. PTC 세라믹은 일반적으로 23℃에서 30Ω·cm 이상의 저항률을 갖는데 반하여, PTC 전도성 폴리머는 23℃에서 보다 낮은 저항률, 예컨대 약 1Ω·cm 이하의 저항률을 가질 수 있다. PTC 세라믹은 과도한 전기적 응력에 노출되면 균열(crack)이 발생하여 갑자기 고장을 일으키는 경향이 있는 반면, PTC 전도성 폴리머는 비교적 서서히 열화한다.
PTC 전도성 폴리머를 포함하는 회로 보호 디바이스를 개시한 문헌으로는 미국 특허 제4,237,441호, 제4,239,812호, 제4,255,698호, 제4,315,237호, 제4,317,027호, 제4,329,726호, 제4,352,083호, 제4,475,138호, 제4,481,498호, 제4,639,818호, 제4,647,894호, 제4,645,896호, 제4,685,025호, 제4,689,475호, 제4,724,417호, 제4,774,024호 : 1987년 9월 2일 공개된 유럽 공개 공보 제38,713 호 : 1989년 4월 6일 공개된 국제 공개 공보 제WO89/03162호 : 및 A General Approach to Circuit Design with PolySwitch Devices, Protection of Subscriber Line Interface Circuits with PolySwitch Devices, Protection of PBX and Key Telephone Systems with PolySwitch Devices, Protection of Telecommunications Networks with Polyswitch Devices, Protection of Loudspeakers with PolySwitch Devices 및 Protection of Batteries with PolySwitch Devices(PolySwitch는 레이켐 코포레이션(Raychem Corporation)의 등록 상표임)라는 명칭으로 1987년 1월에 레이켐 코포레이션에 의해 발행된 영업용 책자들을 들 수 있다.
유지 전류(hold current)(또는 통과 전류(pass current))라는 용어는 트립(trip)(즉,고온,고저항 상태로 변환되어 회로 전류가 매우 낮은 레벨로 줄어드는 현상)을 초래하는 일 없이 PTC 회로 보호 디바이스를 통과해 흐를 수 있는 최대 정상 전류를 표시하는 데 사용된다. 디바이스의 유지 전류는 디바이스로부터 열이 손실되는 율에 의존한다. 예를 들어, 주위 온도가 높을수록 유지 전류는 더 커진다. 다수의 실질적으로 동일한 디바이스들을 병렬로 연결하여, 개개의 디바이스들의 유지 전류들의 합과 실질적으로 동일한 유지 전류를 갖는 PTC 보호 어셈블리를 제공 할 수 있다는 것은 알려져 있다. PTC 회로 보호 디바이스의 성능 특성(performance characteristic)은 트립된 상황에서 그 양단에 걸리는 전압에 주로 의존한다. 즉, 전압이 높을수록, 디바이스가 손상을 입어 원하는 보호를 제공할 수 없게 되고/되거나, 위험한 방식으로 고장이 날, 예컨대 폭발이나 발화해버릴 위험이 더욱 커진다. 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된 상기 특허 및 특허원으로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, PTC 전도성 폴리머 회로 보호 디바이스 양단에 걸려도 괜찮은(안전한) 전압을 증가시키고자 하는 노력이 많이 있어 왔다. 일반적으로, 전극들 사이의 간격이 클수록, 또한 전도성 폴리머의 가교 결합도(crosslinking)가 높을수록, 인가될 수 있는 전압이 더육 커진다. 비록 600V RMS정도의 전압을 안전하게 처리할 수 있는 보호 디바이스가 현재 이용가능하기는 하지만, 더 높은 전압에 대한 보호 문제가 여전히 남는다. 또 다른 미해결 과제는, 기존의 디바이스에 의해 처리될 수 있는 전압에 대한 보호가 가능하면서도, 기존 디바이스들에 비해 제조가 용이(예컨대, 가교 결합이 적거나 없음)하고/하거나, 설치 또는 사용시(예컨대, 인쇄 회로 기판상에서 또는 공간 수요가 많은 다른 상황에 있어서) 및/또는 열평형을 고려할 때, 보다 편리한 형상(형상은 전극의 구성과 간격에 의해 주로 결정됨)을 갖는 디바이스를 제공하는 것이다.
[발명의 개요]
상술한 바와 같이, 실질적으로는 동일한 PTC 보호 디바이스들을 병렬로 연결하여, 개개의 디바이스들의 유지 전류들의 합과 실질적으로 동등한 유지 전류를 갖는 보호 어셈블리를 제공하는 것은 이미 알려져 있다. 그러나, 디바이스들 중 어느 하나에 의해 개별적으로 처리될 수 있는 것보다도 높은 전압을 안전하게 처리 할 수 있는 어셈블리를 제공하기 위한 방편으로, 다수의 PTC 보호 디바이스들을 직렬로 연결하는 것은 알려져 있지 않다. 그 이유는 다음과 같다. 이론적으로 볼 때, 개개의 디바이스들이 정확히 동일하고 또한 정확히 동일한 온도 환경하에 놓일수 있다면 이 디바이스들을 다수개 직렬 연결함으로써 원하는 결과를 얻을 수 있음은 분명하다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자들은, 정확히 동일한 디바이스들을 제조하거나 또는 이 디바이스들에 대한 온도 환경을 정확히 동일하게 하는 것이 실제로는 가능하지 않으며, 고장시에는 비록 아주 작은 차이라 하더라도, 그로 인해 디바이스들 중 어느 한 디바이스에서의 저항이 다른 디바이스들에서보다 훨씬 급격히 증가하여, 이 한 개의 디바이스가 전체 전압 부담을 떠맡게 되므로, 사실상 그러한 원하는 결과를 얻은 것은 불가능하다고 믿어왔다. 결론적으로, 본 기술 분야의 당업자들은, 다수의 디바이스들을 직렬로 언결하면, 과도 전류에 대한 제어 능력이 트립된 한 이바이스의 제어 능력보다 나을 것이 없게 된다고 믿어왔다.
본 발명자들은, 여러 경우에 있어서, 이러한 믿음이 옳지 않다는 사실을 발견하였다. 특히 트리핑 진행 중의 동적 변수(예컨대, 전류 변화율, 온도에 따른 저항률의 변화율, 또한 몇몇 경우 디바이스들간의 열 전달을 포함하여, 디바이스로부터의 열손실률)를 고려하면, 디바이스들간에 전기적 응력이 분산될 수 있음을 발견하였다. 예컨대, 전기적 응력의 분산이 제한된 시간 동안에만 이루어지는 경우에, 트리핑을 유발한 고장 상황이 지속되면 실질적으로 모든 전기적 응력이 하나의 디바이스에 집중될 것이다. 이 경우, 이 하나의 디바이스는, 전기적 응력의 일시적인 분산으로 인해 실질적으로는 더 긴 시간에 걸쳐 트립 상황으로 변환되게 되며, 정상 상태(steady state) 상황하에 있는 동안은 그 양단에 걸리는 전압을 안전하게 처리할 수 있으므로, 만족할만한 결과를 얻을 수 있다. 또는, 이렇게 되지 않을 수도 있지만, 그러한 경우에도, 전기적 응력이 분산되고 있는 동안의 시간은 상당한 의미를 가지는데. 왜냐하면, 이와 다른 경우, 예켠대 하나 또는 적은 수의 보호 디바이스가 제공된 경우보다, 실질적으로 덜 심각한 상황하에서 일어날 수 있는 다른 원하는 변화(예컨대, 접점의 개폐)의 발생을 허용하기에는 충분할 정도로 긴 시간이기 때문이다. a) 최대의 응력을 떠맡고 있는 디바이스에 과도한 전기적 응력이 가해지기 전에 발생하여, b) 회로를 차단하는(또는 다른 방법으로 그 디바이스에 과도한 응력이 가해지는 것을 방지하는), 이러한 다른 변화가 주어진다면, 디바이스를 직렬로 결합하는 쪽이, 이 디바이스들 중 어느 한 디바이스가 단독으로 처리할 수 있는 것보다 실질적으로 더 높은 전압을 안전하게 처리할 수 있을 것이다. 다른 경우, 역시 정상태 상황하에서 전기적 응력이 분산되어, 둘 이상의 보호 디바이스들이 트립 상황에 있을 수 있으며, 이 중 어떤 경우에는, 이 트립된 디바이스들 중 하나 이상이 또한 래치 상황에 들게 된다(즉, 그 디바이스는, 전력이 회로로부터 제거되지 않는한, 고장 상황이 해결되더라도 고저항 상태를 유지한다.
이러한 발견을 이용한 일례로서, 다수의 PTC 보호 디바이스들을 직렬로 연결해 디바이스 어셈블리를 형성하여 회로 보호에 이용할 수 있다. 디바이스 어셈블리는, 고장 상황 발생시 가해지는 전기적 응력을 견딜 수 있다면, 그 자체만으로 사용될 수 있다. 또는, 이 어셈블리를 회로 차단기와 결합하여 사용할 수 있다. 회로 차단기와 결합하여 사용하는 경우에는 디바이스 어셈블리가, 단기간이기는 해도 회로 차단기상의 전기적 응력을 실질적으로 감소시킬 수 있는 시기 동안, 과도 전류를 유지 및 제어하므로, 회로 차단기의 가격 및 복잡성을 실질적오로 줄일 수 있다.
본 발명을 이용한 또 다른 일례로서, 직렬 연결된 다수의 PTC 보호 디바이스들로 이루어진 디바이스 어셈블리를 구비한 스위칭 디바이스가 있다. 디바이스 어셈블리는, 바람직하게는, 스위칭 동작(분리되거나 맞물림) 도중에는 단자들 사이에서 직렬로 접속되고, 스위치가 완전히 열린 경우에는 단선되며, 스위치가 완전히 닫힌 경우에는 단선되거나 또는 병렬로 접속되다. 이렇게 하여, 디바이스 어셈블리는 단자들이 분리되거나 맞물려 있는 결정적인 시기 동안 전류를 제어하여, 단자들간에 아크(arc)가 발생할 위험을 줄인다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 호로 보호로 본 발명을 이용한 것을 도시한 회로도.
제2a도, 제2b도 및 제2c도는 본 발명을 이용한 스위치에 있어서, 스위치가 열릴 때의, 일련의 동작 단계를 도시한 도면.
제3도 및 제4도는 본 발명의 다단식(Composite)디바이스 어셈블리를 도시한 단면도.
제5도는 본 발명의 또는 다른 다단식 디바이스 어셈블리를 도시한 평면도.
제6도는 제5도의 6-6선 단면도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명에 있어서, 직렬로 연결되는 보호 디바이스들의 수는 일반적으로는 적어도 3개, 바람직하게는 적어도 5개이며, 더 많은 수, 즉 100개까지도 가능하다. 이 디바이스들은, 대개 모두 동일한 제조 공정에 의해 제조된 디바이스들일 것이다. 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 일반적으로, 사용가능한 최대 전압이 특정 전압(A 볼트)으로 정격화된 디바이스를 사용하며, 고장시 어셈블리에 걸리는 전압이 B 볼트인 경우, 직렬로 연결된 디바이스들의 개수는 B/A가 될 것이다. 그러나, 일반적으로 정격은 안전한 값으로 잡으므로, 특히 다수의 디바이스가 사용되는 경우, B/A보다 적은 수의 디바이스가 사용될 수 있다. 디바이스 어셈블리의 유지 전류가 충분히 높도록 보장하는 것이 중요함은 물론이며, 이를 위해 다수개의 직렬 디바이스 셋트가 서로 병렬로 배치될 수 있다. 예컨대, 10개의 600V 1A보호 디바이스들로 이루어진 셋트를 600개 병렬로 연결하여, 6kV 600A의 회로 보호 디바이스 어셈블리를 구성할 수 있다.
디바이스 어셈블리는 단열 조건하에서 동작하거나, 또는 트리핑 동작 동안 디바이스들간에 열이 전달되는 상태에서 동작할 수 있다. 디바이스들은 예컨대 불활성 절연액에 의해 서로 분리될 수 있으며, 또는 (특히 판형(laminar) 디바이스가 사용되는 경우에는) 하나의 디바이스가 다른 디바이스의 상부에 적층되거나 열전도성 기판에 고정될 수 있다.
본 발명이 도면으로 도시되어 있는데, 제1도는 디바이스 어셈블이(1)가 회로 차단기(12), 스위치(13), 전력원(14) 및 부하 RL과 직렬로 연결되어 있는 회로도이다.
제2도는 고정부(21)와 미끄럼 가동부(22)를 포함하는 스위치의 일련의 열림 동작을 도시하고 있다. 디바이스 어셈블리(1)와의 전기적 접속은 고정단(23)을 통해 이루어진다. 스위치가 닫혀 있을 때에는 (제2a도 참조),고정단(23)이 미끄럼 가동부(22)와 물리적으로 접촉해 있다. 특정 사건(예컨대,전압 서지(surge))이 발생하면, 스위치의 구성 부분들간의 접속이 끊어지고, 미끄럼 가동부(22)가 고정부(21)에서 떨어져 나간다(제2b도 참조). 스위치가 완전히 열린 때에는 고정단(23)이 스위치의 미끄럼 가동부(22)와 물리적으로 분리된다(제2c도 참조).
제3도 및 제4도는 본 발명의 다단식 디바이스 에셈들리(30)의 단면도이다. 도시한 각 어셈블리는 3개의 디바이스(31)들을 포함하고 있는데, 이 디바이스들은 서로 인접하여, 전기적으로 직렬 상태로 접속되어 있다. 이 디바이스는 PTC 소자(32)와 두 개의 전극(33)들을 포함하고 있지만, 디바이스들이 물리적 및 열적으로 접촉해 있는 어떤 실시예에서는, 몇 개의 또는 모든 디바이스들이 한 개의 전극만을 필요로 한다. 전기 리드선(34)들이 적층 어셈블리(assembly stack)의 양면에 부착되어 전원 장치나 회로와 전기적 접속을 이룬다. 제3도의 어셈블리는 동일한 크기의 디바이스를 포함하지만, 제4도에 도시된 바와 같이, 다른 크기 및/또는 다른 저항률의 조성물을 포함하는 디바이스가 사용될 수도 있다.
제5도는 다단식 디바이스 어셈블리(50)의 평면도이다. PTC 조성물을포함하는 기판(51)에는 금속 전극 스트립(52)이 박판으로 씌워지거나, 인쇄되거나 또는 다른 식으로 제공된다. PTC 기판의 두께 방향으로 슬롯(53)을 가공 또는 에칭할 수 있으며, 원하는 직/병렬 구성을 만들기 위해 리드 와이어(54)를 개개의 디바이스(55)에 부착할 수 있다.
제6도는 제5도의 6-6단면도이며, 여기서 PTC 기판(51)은 전도성 폴리머를 포함한다.
[실시예]
본 발명은 다음의 실시예들로 성명된다.
[실시예 1]
다음의 성분들, 즉, 56.7%의 고밀도 폴리에틸렌(마렉스(MarlexTM) 6003; 필립스 피트로리엄(phillips pertroleum)으로부터 구입가능함), 25.1%의 카본 블랙(스터링(SterlingTM) SO, 카보트(Cabot)로부터 구입가능함), 16.5%의 실란이 피복된 알루미나 트리하이드레이트(소렘(SolemTM) 916SP; 제이.엠. 후버(J.M. Huber)로부터 구입가능함), 1.7%의 산화 방지제(미국 특허 제3,986,981호에 기재된 바와 같은 4,4-티오비스(3-메틸 1-6-t-부틸 페놀)의 올리고머)를 (부피 백분율로) 밴버리(Banbury) 혼합기에서 혼합하여 전도성 폴리머 조성물을 제조하였다. 상기 조성물 펠릿을, 아령 모양의 거푸집(die)을 갖춘 브라벤더 크로스헤드 압축기(Brabender crosshead extruder)를 사용하여, 그라파이트/실리케이트 조성물(일렉트로다그(ElectrodagTM) 181, 어퀴슨 콜로이즈(Acheson Colloids)로부터 구입가능함)이 코팅되어 있는 두 개의 20 AWG 19/32 니켈 코팅된 구리 와이어 둘레에 용융 압출시켰다. 압축물을 여러 조각으로 자르고, 그 디바이스의 일부에서 전도성 폴리머를 제거하여 전극을 노출시켰다. 이 디바이스들을 한 시간 동안 질소 분위기하에서 150℃로 열처리하고 20Mrad의 1.5MeV 전자빔을 조사한 다음, 두 번째 열처리를 하여, 150Mrad로 조사한 후, 세 번째 열처리를 하였다. 이렇게 처리한 결과, 디바이스는, 저항이 16.5Ω 내지 18.5Ω, 최대 전압이 600V, 최대 전류가 1A로 제조되었다.
열 개의 디바이스를 직렬로 접속한 다음 열방산액(thermally disspating liquid)(플루어리너트(FluorinertTM) FC-75; 듀폰(Dupont)로부터 구입가능함)으로 채워진 비이커속에 넣었다. 이 비이커를 100℃로 가열된 수조내에 위치시켜, 디바이스들이 그 온도로 평형을 이루게 하였다. 디바이스들을 500Ω의 직렬 안정 저항에 접속한 다음, 여기에 0.4초 동안(6000V)/(2A·rms)로 전력을 공급하였다. 전압과 전류를 테스트 동안 오실로스코프로 관찰하고, 테스트의 처음과 마지막에 각 디바이스의 저항값을 측정하였다. 오실로스코프 궤적(trace)을 살펴본 결과, 트립된 디바이스들은 세 개의 AC 사이클 동안 그렇게 되었음을 알 수 있었다.
열 개의 디바이스로 이루어진 세 개의 서로 다른 실험 그룹에 있어서의 저항값들이 표 1에 수록되어 있다. 테스트 동안 트립되지 않은 디바이스들을 별표(*)로 표시하였다. 테스트 후의 저항값(Rf) 대 초기 저항값(Ri)의 비가 1.2보다 크면 디바이스가 트립된 것으로 간주하고, 1.10 내지 1.19인 경우에는 디바이스가 완전히 트립되지는 않은 것으로 간주한다. 매번의 테스트 동안, 50% 내지 70%의 디바이스들이 트립되었다.
[실시예 2]
부피 백분율 56.1%의 고밀도 폴리에틸렌(마렉스 HXM 50100; 필립스 피트로리엄으로부터 구입가능함), 부피 백분율 26.7%의 카본 블랙(스타텍스(Statex ) G); 콜럼비dks 케미컬스(Columbian Chemicals)로부터 구입가능함), 부피 백분율 15.5%의 수산화 마그네슘(기수마(Kisuma ) 5A; 기수마(Kisuma)로부터 구입가능함), 부피 백분율 1.7%의 산화 방지제(실시예 1에 기재된 것과 같음)를 벤버리 혼합기에서 혼합하여 약 4Ω·cm의 저항률을 갖는 전도성 폴리머 조성물을 제조하였다. 상기 조성물의 펠리트를 압출시켜 0.040인치(0.10cm)의 두께를 갖는 시트(sheet)를 만들었다.
전착된 니켈 박판 전극(후꾸다(Fukuda)로부터 구입가능함)을 시트의 양옆에 적층한 후, 그 시트를 10Mrad로 조사하였다. 이 판(plaque)에서, 직경 0.360인치(0.914cm), 저항 0.66Ω의 디바이스들을 잘라내었다. 각각의 디바이스는 명목상 60V/40A의 전력 공급에 견딜 수 있었다. 세 개의 디바이스를 적층하고, 그 적층물의 상부면 및 하부면에 두 개의 금속 리드를 납땜하였다. 리드 부착 공정 동안, 세 개의 디바이스들 각각의 전극들의 노출되어 있는 에지에 납땜 재료(soder)가 점착되어 디바이스들을 녹여 붙임으로써 2.56Ω의 저항을 갖는 다단식 디바이스 어셈블리가 마련되었다. 600V/1A의 충격 전파 조건하에서 테스트한 결과, 다단식 디바이스 어셈블리는 고장나기까지 12초 내지 18초가 걸렸다. 300V/1A에서 테스트했을 때는, 다단식 디바이스 어셈블리는 17초 경과 전에 트립 상태에 이르렀으며, 132번의 테스트 사이클 동안 견디었다. 통상적인 테스트에 있어서, 다단식 디바이스 어셈블리를 구성하는 개개의 디바이스들은 300V 내지 600V의 전압 충격 전파를 견뎌내지 못할 것이다.
[실시예 3]
실시예 2에 기술한 바와 같은 디바이스들을 다섯 개 적층하여 3.94Ω의 저항값을 갖는 다단식 디바이스 어셈블리를 제조하였다. 600V/1A로 테스트 한 결과, 다단식 디바이스 어셈블리는 17초 경과 후 트립 상태에 이르렀다. 300V/1A로 테스트한 결과, 다단식 디바이스 어셈블리는 145번의 사이클을 견디었다.
[실시예 4]
부피 백분율 65.8%의 고밀도 폴리에틸렌(마렉스 6003; 필립스 피트로리엄으로 부터 구입가능함)과 부피 백분율 34.2%의 카본 블랙(레이블(Raven ) 600; 콜럼비안 케미컬스로부터 구입가능함)을 벤베리 혼합기에서 혼합하여 약 1Ω·cm의 저항률을 갖는 전도성 폴리머 조성물을 마련하였다. 그 조성물을 압출하여, 금속 박판과 함께 적층한 후, 실시예 2에 기술한 바와 같이 조사하였다. 그 판형 시트에서 직경 0.360인치(0.91cm), 저항값 0.148Ω의 디바이스를 두 개 잘라내었다. 실시예 2에서의 절차에 따라, 이 디바이스들을 실시예 2에서 기술한 것과 같은 디바이스의 양옆에 배치하여 1.185Ω의 저항값을 갖는 다단식 디바이스 어셈블리를 제조하였다. 600V/1A로 테스트한 결과, 다단식 디바이스 어셈블리는 트립되기까지 45초 동안 견디었다. 300V/1A(40초 동안 전력을 공급함)에 있어서, 다단식 디바이스 어셈블리는 145번의 사이클을 견디었다.
[실시예 5]
실시예 2에서 기술한 것과 같은 디바이스(직경 0.360인치)를 실시예 4에서 기술한 시트에서 0.250인치(0.64cm)의 직경으로 잘라낸 두 개의 디바이스들 사이에 개삽하여 2.1Ω의 저항값을 갖는 다단식 디바이스 어셈블리를 제조하였다. 600V/1A로 전력을 공급한 결과, 다단식 디바이스 어셈블리는 11초 경과전에 트립되었다. 300V/1A/40초의 경우, 다단식 디바이스 어셈블리는 20 내지 120번의 사이클을 견디었다.

Claims (6)

  1. 전기 회로 차단 시스템에 있어서, 1) 회로 차단기와, 2) 상기 회로 차단기와 직렬 연결되어, 온도에 따라 증가하는 저항의 온도 계수를 갖는, 다수의 직렬 접속된 회로 보호 디바이스를 포함하는 디바이스 어셈블리를 포함하되, 상기 회로 보호 디바이스는 전도성 폴리머로 이루어진 PTC 소자들을 포함하는 전기 회로 차단 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 디바이스 어셈블리는 적어도 3개의 판형(laminar) PTC 소자들을 포함하며, 상기 각각의 PTC 소자는 2개의 판형 금속 전극들 사이에 개삽되어 있고, 상기 PTC 소자들은 판형 금속 전극들에 의해 분리된 채 서로의 상부에 적층되어 있는 전기 회로 차단 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 디바이스 어셈블리는 직렬로 접속된 다수의 디바이스 세트들로 이루어지고, 상기 세트들은 서로 병렬로 접속되어 있는 전기 회로 차단 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 디바이스들은 절연액에 침지된 전기 회로 차단 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 디바이스 어셈블리는 직렬로 접속된 적어도 3개의 디바이스들을 포함하는 전기 회로 차단 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 디바이스들은 모두 동일한 제조 공정에 의해 제조된 전기 회로 차단 시스템.
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