KR100734668B1 - PTC current limiting device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 PTC 소자의 보호수단을 구비한 PTC 한류기에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, PTC 특성을 이용하여 전류를 한류시키는 PTC 한류기에 있어서, PTC 소자; 상기 PTC 소자에 함침되어 있는 한 쌍의 전극; 및 상기 전극과 연결되어 전극을 회로와 통전시키는 한 쌍의 전류리드;를 포함하는 PTC 한류기가 개시된다. 전극을 PTC 소자에 함침시킴으로써 한류 작용 전에 초기 과전류에 의해 전극간에 발생하는 전자 반발력 및 전극에 유도되는 자계에 의한 반발력에 의해 PTC 소자와 전극이 분리되는 것을 방지하고, 한류 작용 직후에 전극 주변에 생기는 전계의 집중을 완화할 수 있어 PTC 소자의 소손을 방지할 수 있다.The present invention relates to a PTC fault current limiter provided with protection means for the PTC element. According to the present invention, a PTC fault current limiter for current-limiting current using PTC characteristics, the PTC element; A pair of electrodes impregnated in the PTC element; And a pair of current leads connected to the electrodes to energize the electrodes with a circuit. Impregnating the electrode into the PTC element prevents separation between the PTC element and the electrode due to the electromagnetic repulsion force generated between the electrodes by the initial overcurrent before the current-limiting action and the repulsive force caused by the magnetic field induced by the electrode, Concentration of the electric field can be alleviated to prevent burnout of the PTC element.
PTC, 한류기, 전계, PTC 폴리머, 전극PTC, fault current limiter, electric field, PTC polymer, electrode
Description
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.
도 1은 종래의 기술에 따른 PTC 한류기를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a PTC fault current limiter according to the prior art.
도 2은 종래의 기술에 따른 PTC 한류기에서 전류의 흐름을 도시하는 단면도.2 is a cross-sectional view showing the flow of current in a PTC fault current limiter according to the prior art.
도 3는 종래의 기술에 따른 PTC 한류기에서 한류 작용 후 형성된 전계의 모습을 도시하는 단면도.3 is a cross-sectional view showing the state of the electric field formed after the current-limiting action in the PTC current-limiter according to the prior art.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도.4 is a sectional view showing a PTC fault current limiter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도.Fig. 5 is a sectional view showing a PTC fault current limiter according to another embodiment of the present invention.
도 6은 도 5의 PTC 한류기에서 한류 작용 후 형성된 전계의 모습을 도시하는 단면도.6 is a cross-sectional view showing the state of the electric field formed after the current-limiting action in the PTC current-limiter of FIG.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도.Fig. 7 is a sectional view showing a PTC fault current limiter according to another embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도.Fig. 8 is a sectional view showing a PTC fault current limiter according to still another embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도.Fig. 9 is a sectional view showing a PTC fault current limiter according to still another embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도.Fig. 10 is a sectional view showing a PTC fault current limiter according to still another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10, 13...PTC 소자 20a, 20b,21a,21b,22a,22b,25a,25b...전극10, 13 ...
23a, 23b...보조전극 24a, 24b...주전극23a, 23b ...
30, 31a, 31b...전류리드 11...제1 PTC 소자층30, 31a, 31b ...
12...제2 PTC 소자층12 ... second PTC element layer
본 발명은 PTC 한류기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PTC 소자를 이용한 한류기에 있어서 사고전류가 흘렀을 때 PTC 소자의 손상 없이 사용될 수 있는 PTC 한류기에 관한 것이다.The present invention relates to a PTC limiter, and more particularly, to a PTC limiter that can be used without damaging the PTC element when an accident current flows in the current limiter using the PTC element.
일반적으로 저압, 고압 계통의 단락전류에 대한 대비책으로써, 차단기나 한류기가 널리 사용된다.In general, as a countermeasure against short-circuit currents in low and high voltage systems, circuit breakers and current limiters are widely used.
한류기란 전력계통에서 발생하는 과전류 및 단락전류를 제한하고 차단하는 것으로서, 일반적으로 PTC(Positive temperature coefficient) 소자를 이용하여 그 기능을 달성할 수 있다.The current limiter is to limit and cut off the overcurrent and the short circuit current generated in the power system. In general, the function can be achieved by using a positive temperature coefficient (PTC) element.
PTC 특성을 갖는 물질은 상온에서는 상대적으로 저항이 낮아 전류를 잘 통과시킨다. 그러나 주위의 온도가 상승하거나 허용치 이상의 전류가 유입되어 자체적으로 발열될 경우 저항이 수백 배 혹은 그 이상으로 급격히 상승하게 되므로 전류를 제한할 수 있다. 따라서 이를 이용하여 회로소자를 구성할 경우 온도 상승 시 각종 회로를 보호할 수 있다.A material having PTC characteristics has a low resistance at room temperature, and thus allows a good current to pass through. However, if the ambient temperature rises or a current exceeding the allowable value is generated and heats itself, the resistance may increase rapidly by several hundred times or more, thereby limiting the current. Therefore, in the case of constructing a circuit element using this, it is possible to protect various circuits when the temperature rises.
도 1은 종래의 기술에 따른 PTC 한류기를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 PTC 한류기는 한류작용을 하는 PTC 소자(1), PTC 소자(1)를 개재시키도록 설치된 전극(2a, 2b) 및 전극(2a, 2b)에 연결된 전류리드(3a, 3b)를 포함한다. 전류리드(3a, 3b)를 통하여 전력계통에서 정상 전류가 인가되면 상기 전류는 상기 한류기를 통하여 진행된다. 만일 단락 등의 사고로 인해 과전류가 인가되면 PTC 소자(1)는 발열하고 이로 인해 저항이 급격히 증가한다. 따라서 PTC 한류기는 과전류를 제한하게 된다.1 is a cross-sectional view showing a PTC fault current limiter according to the prior art. Referring to FIG. 1, the PTC fault current limiter according to the prior art is a
종래 기술에 따른 PTC 한류기는 한류 작용 전에 1kA 이상의 초기 과전류가 인가된다. 이 초기 과전류는 전극(2a, 2b)을 통하여 PTC 소자(1)로 흐르게 되는데, 이때 PTC 소자(1)와 전극의 계면으로 전류가 밀집된다. 그러면 전극(2a, 2b)과 PTC 소자(1)의 미세한 접점 사이에서 접촉 반발력이 발생한다. 따라서 전극(2a, 2b)과 PTC 소자(1)의 접합 면에는 척력이 작용하고 PTC 접합면의 분리, 파손이 발생하는 문제점이 있다.The PTC fault current limiter according to the prior art is applied with an initial overcurrent of 1 kA or more before the current limiting action. This initial overcurrent flows to the
한편, 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 PTC 한류기는 PTC 한류기의 한류 작용 직전에 양 전극(2a, 2b)에 흐르는 전류가 서로 반대방향으로 평행하게 흐른다. 전류가 인가되면 전극(2a, 2b)에 흐르는 전류에 의해 자계가 발생하게 되는데, 상기 평행하게 흐르는 전류는 상호 역으로 진행하게 되므로 척력으로 작용하는 자계이 발생한다. 상기 척력은 PTC 소자(1)와 전극(2a, 2b)을 분리시키고, PTC 소자(1)를 파손시킬 수 있다.On the other hand, referring to Figure 2, the PTC fault current limiter according to the prior art, the current flowing in both electrodes (2a, 2b) immediately before the current limiting action of the PTC current limiter flows in parallel to each other in the opposite direction. When a current is applied, a magnetic field is generated by the current flowing through the
또한, 한류 작용 후에는 전극(2a, 2b) 양단에 사고로 인한 고전압이 인가되었을 때 전극(2a, 2b)에서 PTC 소자(1)쪽으로 형성되는 전계는 도 3에서와 같이 전극의 모서리 부분에 집중하게 되고 전극(2a, 2b)사이에 개재되어 있는 PTC 소자(1)의 끝단을 통하여 진행하게 된다. 이로써 전계는 밀집하여 형성된다. 따라서 아크가 더욱 발생하기 쉬워 결국 PTC 소자(1)의 소손을 초래한다.In addition, after a current-limiting action, when an accidental high voltage is applied to both ends of the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, PTC 한류기에 있어서, 한류 작용 전에 초기 과전류에 의해 접합면에 발생하는 전자 반발력 및 전극에 유도되는 자계에 의한 반발력의 발생을 방지하는 PTC 한류기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, PTC PTC current limiter, PTC current limiting to prevent the occurrence of the repulsive force by the magnetic field induced to the electrode and the electromagnetic repulsion force generated on the joint surface by the initial overcurrent before the current-limiting action The purpose is to provide a group.
또한, 본 발명은 상기와 같은 반발력에도 불구하고 PTC 소자와 전극의 분리가 방지될 수 있는 PTC 한류기를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a PTC fault current limiter which can prevent separation of the PTC element and the electrode despite the repulsive force as described above.
또한, 본 발명은 한류 작용 직후에 전극의 모서리 부분에 생기는 전계의 집중을 완화하는 PTC 한류기를 제공하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to provide the PTC fault current limiter which relieves concentration of the electric field which arises in the edge part of an electrode immediately after a current-limiting action.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PTC 한류기는, PTC 특성을 이용하여 전류를 한류시키는 PTC 한류기에 있어서, 온도가 상승하면 저항이 증가하는 PTC 특성을 갖는 PTC 소자; 상기 PTC 소자 내에 소정거리를 두고 함침되어 있는 한 쌍의 전극; 및 상기 전극과 연결되고 상기 PTC 소자의 밖으로 연장되어서 상기 전극을 외부 회로와 통전시키는 한 쌍의 전류리드;를 포함한다. 이와 같이 전극을 PTC 소자 내에 함침시킴으로써, 전자반발력이나 자계에 의한 반발력에도 불구하고 전극이 분리 파손되지 않는다.PTC fault current limiter according to the present invention for achieving the above object, PTC current limiter using a PTC characteristic to limit the current, PTC element having a PTC characteristic that the resistance increases when the temperature rises; A pair of electrodes impregnated at a predetermined distance in the PTC element; And a pair of current leads connected to the electrode and extending out of the PTC element to energize the electrode with an external circuit. By impregnating the electrode in the PTC element in this manner, the electrode is not separated and damaged despite the repulsive force due to the electromagnetic repulsion force or the magnetic field.
본 발명에 따르면, 상기 전극은 모서리가 소정의 곡률을 가지고 라운딩 처리된 것으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 전극 모서리에서의 전계 집중을 완화하여 아크와 섬락(flashover)을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is preferable that the electrode is rounded at a corner with a predetermined curvature. Therefore, it is possible to reduce the concentration of the electric field at the edge of the electrode to prevent arc and flashover.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 한 쌍의 전류리드는 상호 엇갈려서 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 두 전극에 흐르는 전류의 방향이 동일방향이 되어 인력이 작용하게 되어 과전류에 의한 전극의 반발력을 방지할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the pair of current leads are preferably arranged alternately. In this case, the direction of the current flowing through the two electrodes becomes the same direction, and the attraction force acts, thereby preventing the repulsive force of the electrode due to the overcurrent.
본 발명의 다른 측면에 따르면, PTC 특성을 이용하여 전류를 한류시키는 PTC 한류기에 있어서, 제1 PTC 소자층; 표면 요철이 구비되고, 상기 제1 PTC 소자층을 개재시키도록 마련된 한 쌍의 보조전극; 상기 보조전극에 연결된 한 쌍의 주전극; 상기 주전극에 연결되어 회로와 통전시키는 한 쌍의 전류리드; 및 상기 제1 PTC소자층, 보조전극 및 주전극을 감싸도록 마련된 제2 PTC 소자층;을 포함하는 PTC 한류기가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a PTC fault current limiter for current-limiting current using a PTC characteristic, comprising: a first PTC element layer; A pair of auxiliary electrodes provided with surface irregularities and provided to interpose the first PTC device layer; A pair of main electrodes connected to the auxiliary electrode; A pair of current leads connected to the main electrode to conduct electricity with the circuit; And a second PTC device layer provided to surround the first PTC device layer, the auxiliary electrode, and the main electrode.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, PTC 특성을 이용하여 전류를 한류시키는 PTC 한류기에 있어서, 하나의 전극이 다른 전극의 주위를 감싸도록 마련된 한 쌍의 전극; 상기 한 쌍의 전극 사이에 개재되는 PTC 소자; 및 상기 전극과 연결되어 전극을 회로와 통전시키는 한 쌍의 전류리드;를 포함하는 PTC 한류기가 제공된다.According to still another aspect of the present invention, a PTC current limiter for current-limiting current using PTC characteristics, comprising: a pair of electrodes provided to surround one electrode with another; A PTC element interposed between the pair of electrodes; And a pair of current leads connected to the electrodes for conducting the electrodes to the circuit.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 한류기를 개략적으로 도시하는 단면도이다.4 is a cross-sectional view schematically showing a PTC fault current limiter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 PTC 한류기는 PTC 소자(10), PTC 소자(10)에 함침되어 있는 전극(20a, 20b) 및 전극(20a, 20b)에 연결된 전류리드(30)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the PTC fault current limiter according to the present embodiment includes a
PTC 소자(10)는 상술한 바와 같이 주위 온도 상승에 따라 특정온도 값에서 전기저항이 급격히 상승하여 전력계통에서 과전류를 억제하는 소자이다. PTC 소자(10)는 정격전압, 차단하고자 하는 사고전류 등 사용환경에 따라 적절한 물성을 가지는 소자를 사용할 수 있는데, 본 실시예에서는 25℃에서 비저항이 100Ωm 이하이며, 전류공급으로 인한 줄열이 발생되는 스위칭 온도에서는 비저항이 25℃에서의 비저항의 105배 이상이 되는 소자를 사용한다. 하지만 본 발명이 이러한 저항 특성을 가진 PTC 소자로 한정되는 것이 아님은 물론이다.As described above, the
본 실시예에 따르면, PTC 소자(10)는 PTC 특성을 갖는 폴리머로 구성되는 것이 바람직하다. PTC 폴리머는 아모퍼스 영역(armophous area)과 결정 영역(crystalline area)이 존재하는 결정질 또는 반결정질 중합체에 전도성 충진제가 혼합된 구성을 갖는다. 대안으로 상기 중합체를 용매제에 용해시키고 전도성 충진제를 첨가, 혼합하여 준비할 수도 있다.According to the present embodiment, the
바람직하게, 상기 PTC 폴리머에는 무기첨가제를 더 첨가하여 상온에서의 저저항 특성 및 고온에서의 고저항 특성을 보다 향상시킬 수 있다. 더욱 바람직하게, PTC 폴리머의 산화를 방지하기 위해 산화방지제를 더 첨가할 수 있다.Preferably, an inorganic additive may be further added to the PTC polymer to further improve low resistance at room temperature and high resistance at high temperature. More preferably, antioxidants may be further added to prevent oxidation of the PTC polymer.
이러한 PTC 폴리머에 일정치 이상의 전류가 공급되어 줄열이 발생하면 PTC 폴리머는 상온상태에서 고온 상태로 변화하게 된다. 온도상승으로 상기 중합체는 결정 영역이 아모퍼스 상태가 되면서 부피팽창을 수반하게 되는데 이때 전도성 충진제의 위치가 이동되어 연결상태가 산발적으로 끊어지면서 소자의 전체 저항이 급격히 상승하게 된다.When a certain amount of current is supplied to the PTC polymer and Joule heat is generated, the PTC polymer is changed from a room temperature state to a high temperature state. As the temperature increases, the polymer is accompanied by volume expansion as the crystal region becomes amorphous, whereby the position of the conductive filler is shifted and the connection state is sporadically disconnected, thereby rapidly increasing the overall resistance of the device.
본 실시예에 따르는 PTC 한류기는 상기와 같이 준비된 PTC 소자(10)에 함침된 한 쌍의 전극(20a, 20b)이 포함한다. 전극(20a, 20b)은 동박 등의 금속계열 재료로 이루어지되, 미세한 표면 요철(roughness)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 표면 요철은 전극(20)이 PTC 소자(10)에 함침되어 PTC 소자(10)와 접하는 계면에서 접촉저항을 저감시켜 보다 큰 부하전류를 통전시키기 위한 것이다.The PTC fault current limiter according to the present embodiment includes a pair of
상기 표면 요철은 금속표면을 표면처리하여 생성시킬 수 있으며, 예컨대 전기 도금 또는 에칭을 통해 생성시킬 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않 으며 표면 요철의 형성방법은 당업자에 의해 다양하게 변형하여 채용될 수 있다.The surface irregularities may be generated by surface treatment of a metal surface, for example, by electroplating or etching. However, the present invention is not limited thereto, and the method of forming the surface irregularities may be employed by various modifications by those skilled in the art.
한 쌍의 전극(20a, 20b)은 상호 대향되도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한 전극(20a, 20b)은 저항이 서로 다른 다중 층의 동박으로 구성될 수 있으며 이로써 PTC 한류기의 통전을 더욱 효과적으로 할 수 있다.Preferably, the pair of
한편, 전극(20a, 20b)은 다양한 방법으로 PTC 소자(10)에 함침될 수 있다. 예를 들어, 준비된 PTC 폴리머를 분쇄한 후 표면 요철이 형성된 전극(20a, 20b)을 포함하도록 고온 프레스 몰딩(press molding)을 하여 전극(20a, 20b)을 PTC 소자에 함침시킬 수 있다.On the other hand, the
대안으로, 상기 준비된 PTC 폴리머를 표면 요철이 형성된 전극(20a, 20b)을 포함하도록 인젝션 몰딩(injection molding)을 하여 전극(20a, 20b)을 PTC 소자에 함침시킬 수 있다.Alternatively, the prepared PTC polymer may be injection molded to include the
또 다른 대안으로, 폴리머를 용매에 용해시킨 후 전도성 충진제 및 첨가제를 혼합하여 PTC 폴리머를 준비하고, 상기 표면 요철이 형성되어 준비된 전극에 몰딩(molding)하여 함침시킬 수 있다.As another alternative, the polymer may be dissolved in a solvent and then mixed with a conductive filler and an additive to prepare a PTC polymer, and the surface irregularities may be formed to be impregnated by molding the prepared electrode.
일반적으로, 과전류로 인해 전극 사이에 개재된 PTC 소자(10a)부분이 한류 작용하면 전극(20a, 20b)과의 계면사이에서는 아크가 순간적으로 발생하고 이 아크로 인해 PTC 소자(10)는 소손되기 쉽다. 따라서 PTC 소자(10)의 본래 성능을 발휘하지 못하고, 상기 과정이 반복되면 그 성능은 더더욱 저하되어 사용이 불가능해진다. 그러나 본 발명과 같이 전극(20a, 20b)을 감싸며 몰딩된 PTC 소자(10)는 PTC 소자(10)의 동작시 PTC 소자(10)와 전극(20a, 20b) 계면에서 발생하는 순간충격에 너지와 초기 아크를 순간적으로 흡수하여 이를 소멸시킨다. 따라서 아크와 소음이 거의 발생하지 않는다.In general, when the portion of the
또한, 한류기의 한류 작용 전 초기 과전류가 한류기로 인가되면 전극(20a, 20b)과 PTC 소자(10) 사이의 접합면에, 그리고 두 전극(20a, 20b) 간에 전자반발력이 발생한다. 이 때 상기와 같이 전극(20a, 20b)은 PTC 소자(10)에 함침되어 있으므로, 전극(20a, 20b)과 PTC 소자(10) 사이의 접합면의 반발력으로 인하여 발생하는 전극(20a, 20b)과 PTC 소자(10)의 분리 및 이탈을 방지할 수 있다.In addition, when the initial overcurrent before the current-limiting action of the current limiter is applied to the current limiter, an electron repulsion force is generated at the junction between the
본 실시예에 따르면, PTC 한류기는 전극(20a, 20b)에 연결되어 회로와 통전시키는 전류리드(30)를 포함한다. 전류리드(30)는 금속계 물질을 이용하여 제작되며, 계통 전류 통전시 허용된 온도를 초과하지 않도록 통전 용량을 계산하여 사이즈를 결정하는 것이 바람직하다.According to the present embodiment, the PTC fault current limiter includes a
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PTC 한류기가 도시되어 있다. 도 5에서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가르키므로 그 상세한 설명은 생략한다.Figure 5 shows a PTC fault current limiter according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as in the above-described drawings indicate the same members having the same functions, and thus detailed description thereof will be omitted.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 PTC 한류기는 모서리가 소정의 곡률을 가지고 라운딩된 끝단(21')을 갖는 전극(21a, 21b)을 포함한다. 바람직하게 상기 곡률은 반경이 1mm이상이 되도록 제조될 수 있으나, 본 발명은 이러한 수치에 한정되지는 않는다. 상기 모서리가 라운드 된 전극(21a, 21b)은 모서리에서 전계의 집중을 완화시킨다.Referring to FIG. 5, the PTC fault current limiter according to the present embodiment includes
도 6은 도 5의 PTC 한류기에서 전계가 형성된 모습을 도시한 도면이다. 이하 도 6을 도 3과 함께 비교, 참조하여 설명한다. 도 3에서는 한류 작용 후에 전극(2a, 2b)의 각진 모서리에서 전계가 집중하여 형성된다. 또한 전극(2)사이에만 개재된 PTC 소자(1)를 통하여 전계가 집중하여 형성된다. 그러나 도 6에서는 전극(21a, 21b)의 모서리가 라운드 된 끝단(21')을 구비하여 전계는 라운드 된 모서리에 고루 분포되어 형성된다. 또한 전극(21a, 21b)과 그 주변을 감싸고 있는 PTC 소자(10)를 통하여 보다 완만한 전계가 형성된다. 따라서 집중된 전계로 인한 아크와 섬락에 따른 PTC 소자(10)의 소손을 방지할 수 있다.6 is a view illustrating a state in which an electric field is formed in the PTC fault current limiter of FIG. 5. Hereinafter, FIG. 6 will be described with reference to FIG. 3. In FIG. 3, the electric field is concentrated at the angled edges of the
대안으로, 상기 전극은 도 7과 같이 대략 구의 형태로 구성될 수 있다. 상기 대략 구의 형태로 구성된 전극(22a, 22b)은 전극 주변에 형성되는 전계를 더욱 완화시킬 수 있다. 한편 도 7에서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가르킨다.Alternatively, the electrode may be configured in the form of a sphere substantially as shown in FIG. The
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시한 단면도이다. 도 8에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가르키므로 그 상세한 설명은 생략한다. 8 is a cross-sectional view showing a PTC fault current limiter according to another embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals as in the previous drawings indicate the same members having the same functions, and thus, detailed description thereof will be omitted.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 PTC 한류기는 전극(21a, 21b)에 연결된 한 쌍의 전류 리드(31a, 31b)가 상호 엇갈려서 배치된다. 즉, 하나의 전류리드(31a)는 하나의 전극(21a)의 일단에 연결되고 다른 전류리드(31b)는 다른 전극(21b)의 타단에 연결된다. 이와 같이 전류 리드의 연결위치를 엇갈리게 하면 전류의 방향이 종래와 다르게 형성되어 반발력이 생기지 않는다.Referring to FIG. 8, the PTC fault current limiter according to the present embodiment is arranged with a pair of current leads 31 a and 31 b connected to the
이하 도 8의 실시예에서 반발력의 발생이 억제되는 메카니즘을 도 2와 함께 참조하여 설명한다. 도 2 및 도 8의 PTC 한류기에서 전류가 유입되는 전류리드를 제1 전류리드(3a, 30a), 전류가 유출되는 전류리드를 제2 전류리드(3b, 30b)라 하고 제1 전류리드(3a, 30a)와 연결된 전극을 제1 전극(2a, 21a), 제2 전류리드(3b, 30b)와 연결된 전극을 제2 전극(2b, 21b)이라고 하자. 도 2에서 제1 전류리드(3a)로 전류가 인가되면 제1 전극(2a)에서는 도 2의 화살표와 같이 전류가 주변부로 확산되는 방향으로 흐르게 된다. 또한 제2 전극(2b)에서는 도 2의 화살표와 같이 전류가 중심부로 모이는 방향으로 흐르게 된다. 따라서 점선으로 표시된 영역(4, 5)에서 전류의 방향은 반대가 되고 전류에 의해 유도되는 자계는 척력으로 작용한다. 한편 도 8의 PTC 한류기에서 제1 전극(21a)에 흐르는 전류는 제1 전류리드(30a)가 연결된 일단부로부터 반대쪽 단부로 흐르고, 제2 전극(21b)에 흐르는 전류는 제2 전류리드(30b)가 연결되어 있지 않은 단부로부터 제2 전류리드(30b)쪽으로 흐른다. 따라서, 8에서 점선으로 표시된 영역(40)에서 제1 및 제2 전극(21a, 21b)에 흐르는 전류는 같은 방향이 되고 이 전류에 의해 유도되는 자계는 인력으로 작용하게 된다. 따라서 PTC 소자(10)와 전극(21a, 21b)사이가 분리되거나 파손되는 것이 방지된다.Hereinafter, the mechanism in which the occurrence of the repulsive force is suppressed in the embodiment of FIG. 8 will be described with reference to FIG. 2. In the PTC current limiter of FIGS. 2 and 8, current leads through which current flows are called first
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시한 단면도이다. 도 9에서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가르키며 그 상세한 설명은 생략한다.9 is a cross-sectional view showing a PTC fault current limiter according to another embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same reference numerals as in the above-described drawings indicate the same members having the same function and detailed description thereof will be omitted.
도 9을 참조하면, 본 실시예에 따른 PTC 한류기는 보조전극(23a, 23b) 및 보조전극(23a, 23b)에 전기적으로 연결된 주전극(24a, 24b)을 포함한다.Referring to FIG. 9, the PTC fault current limiter according to the present embodiment includes the
보조전극(23a, 23b)은 미세한 표면 요철을 구비한 동박 등으로 PTC 소자(10)와 접하는 계면에서 접촉저항을 저감시켜 보다 큰 부하전류를 통전시킨다. 상기 표면 요철은 예컨데 전기 도금 또는 에칭을 하여 형성시킬 수 있다.The
주전극(24a, 24b)은 보조전극(23a, 23b)보다 상대적으로 저항이 낮은 금속 물질을 사용하여 통전이 보다 효과적으로 이루어지게 한다.The
본 실시예에 따른 PTC 한류기는, 보조전극(23a, 23b) 사이에 개재되도록 마련된 제1 PTC 소자층(11) 및 제 2 PTC 소자층(12)을 포함한다.The PTC fault current limiter according to the present embodiment includes a first
제1 PTC 소자층(11)은 전극 사이에 개재되어 사고 등으로 인한 과전류 통전시 한류작용을 한다.The first
한편 제2 PTC 소자층(12)은 제1 PTC 소자층(11), 보조전극(23a, 23b) 및 주전극(24a, 24b)을 감싸도록 마련된다. 제2 PTC 소자층(120)은 상술한 바와 같이 전극에서 형성되는 전계의 집중을 완화하고 전극과 제1 PTC 소자층(11) 사이 계면에서 발생하는 반발력에 의해 전극이 이탈되는 것을 방지한다.Meanwhile, the second
바람직하게, 제2 PTC 소자층(12)은 제1 PTC 소자층(11)과 비저항이 같거나 크게 구성될 수 있다. 제1 PTC 소자층(11)보다 제2 PTC 소자층(12)의 비저항이 작아지면 제1 PTC 소자층(11)의 한류 작용을 무의미하게 만들고, 전극 주변부에 형성되는 전계의 집중을 완화하는 효과도 제대로 발휘될 수 없다. 따라서 전도성이 떨어지는 충전제를 사용하거나 그 양을 감소시켜 제2 PTC 소자층(12)의 비저항을 제1 PTC 소자층(11)보다 같거나 높도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the second
본 실시예에 따른 PTC 한류기의 제조 순서를 설명하자면 다음과 같다. 우선 제1 PTC 소자층(11)을 준비한다. 그 후 표면 요철이 형성된 보조전극(23a, 23b)을 준비하여 제1 PTC 소자층(11)에 부착하여 판상형태로 구성하고 보조전극(23a, 23b) 상에 주전극(24a, 24b)을 전기적으로 연결한다. 또한 주전극(24a, 24b)에는 전류리드(30)를 연결한다. 그런 후 제1 PTC 소자층(11)보다 비저항이 같거나 높도록 제조된 제2 PTC 소자를 몰딩하여 제1 PTC 소자층(11), 보조전극(23a, 23b) 및 주전극(24a, 24b)을 감싸도록 제2 PTC 소자층(12)을 형성한다.The manufacturing sequence of the PTC fault current limiter according to the present embodiment is as follows. First, the first
한편, 도시하지는 않았지만 도 9의 실시예에서도 도 8의 실시예와 마찬가지로 전류 리드(30)를 서로 엇갈리게 배치할 수도 있다.Although not shown, the current leads 30 may be alternately arranged in the embodiment of FIG. 9 as in the embodiment of FIG. 8.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 한류기를 도시하는 단면도이다. 도 10에서 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가르키며, 그 상세한 설명은 생략한다.10 is a cross-sectional view showing a PTC fault current limiter according to another embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same reference numerals as used in the drawings illustrated above indicate the same members having the same functions, and a detailed description thereof will be omitted.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 PTC 한류기는 하나의 전극(25b)이 다른 전극(25a)의 주위를 감싸도록 구성된 한 쌍의 전극(25a, 25b)을 포함한다. 또한 상기 한 쌍의 전극(25a, 25b) 사이에 PTC 소자(13)가 개재된다. 그러면 도 10의 화살표로 표시된 것과 같이 전류가 흐른다. 즉 한 쌍의 전극(25a, 25b)이 상칭(相稱)적인 구조가 되어 전계가 일부 영역에 집중되지 않고 전류의 방향에 따른 전극간 반발력이 생기지 않는다.Referring to FIG. 10, the PTC fault current limiter according to the present embodiment includes a pair of
한편, 도시하지는 않았으나 도 10의 실시예에서도 도 9와 유사하게 전극(25a, 25b)를 감싸는 제2 PTC 소자층을 마련할 수도 있다. 나아가, 도 7과 도 10을 결합한 형태의 변형예도 가능하다. 즉, 도 7에 도시된 구조에서 전극(22a, 22b)의 형상과 구조를 도 10에 도시된 전극(25a, 25b)의 구조와 형상으로 대체할 수 있다. Although not shown, the second PTC device layer surrounding the
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
이상에서의 설명에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 PTC 한류기는 한류 작용 전에 초기 과전류에 의해 접합면에 발생하는 전자 반발력 및 전극에 유도되는 자계에 의한 반발력의 발생을 방지하여 PTC 소자와 전극의 분리나 파손을 방지할 수 있다.As described above, the PTC fault current limiter according to the preferred embodiment of the present invention prevents the generation of the electromagnetic repulsive force generated at the joint surface by the initial overcurrent and the repulsive force caused by the magnetic field induced by the electrode before the current limiting action. Separation or breakage of the electrode can be prevented.
또한 한류 작용 직후에 전극의 모서리 부분에 생기는 전계의 집중을 완화할 수 있어 PTC 소자의 섬락과 소손을 방지하고 PTC 한류기의 수명을 연장시킨다.In addition, the concentration of the electric field generated at the corners of the electrode immediately after the current-limiting action can be alleviated to prevent flashover and burnout of the PTC element and to extend the life of the PTC current limiter.
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