SE514775C2 - För skydd mot överström i elektriska kretsar avsedd anordning - Google Patents

Description

25 30 _5111 775 2 elastomerkroppar seriekopplas, är att enbart en anliggningsyta aktiveras under inverkan av överström. Detta medför att källspänningen inte delas upp på önskat sätt, varför den aktiverade ytan "stressas" onödigt hårt. Spånningshållfastheten i högresistivt tillstånd hos anordningen blir låg, eftersom den enbart är avhängig av den aktiva ytan.

Det har visat sig att det i anordningar, som är relativt känsliga, t.ex. baserade pâ repulsionsanordningar av det slag, som beskrivs t.ex. i den ovan nämnda svenska paten- tansökningen 9201223-6, eller som helt saknar repulsionsanordningar, förekommer en strömtopp omedelbart innan anordningen blir högresistiv. Denna strömtopp medför höga överspänningar och åstadkommer därmed också isolationsproblem i anordningen.

Ett syfte med uppfinningen är också att åstadkomma en för skydd mot överström i elektriska kretsar avsedd anordning av det i iriledningsstycket nämnda slaget, vilken anordning gör det möjligt att eliminera eller i hög grad reducera den nämnda strömtoppen.

Härigenom elimineras då de ovannämnda problemen i samband med kända anordningar av det avsedda slaget. Anordningen enligt uppfinningen blir därmed mycket tålig och påverkas minimalt av överström, vilket medför att den kan fungera tillfredsställande under mycket lång tid.

Några speciellt föredragna utföringsformer av uppfinningen framgår också av de övriga osjälvständiga patentkraven.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare nedan i form av fördelaktiga utföringsexempel under hänvisning till de bifogade ritningarna, Fig. I visar från sidan ett snitt genom en föredragen utföringsform av en strömskyddsanordning enligt uppfinningen; Fig. 2 visar samma vy som i fig. l men med en förstorad kompletteringsdel, som åskådliggör erhållen strörnförträngning; Fig. 3 och fig. 4 visar i tvärsnitt två föredragna utföringsforiner av strömskydds- anordningen enligt uppfmningen, varvid strömförträngning erhålls.

Fig. 5 visar ett diagram avseende strörn/tidsarnbandet för en känd strömskydds- anordning och för strömskyddsanordningen enligt uppfinningen; Fig. 6 visar från sidan ett snitt genom en ytterligare utföringsforrn av den nya strömskyddsanordningen; Fig. 7 visar från sidan ett snitt genom en ytterligare variant av den nya ström- skyddsanordningen, varvid delar av den åskådliggjorda anordningen är uppförstorade; Fig. 8 visar i snitt från sidan en ytterligare utföringsform av strömskyddsanord- ningen enligt uppfinningen; 10 15 20 25 30 - ~§14 775 3 Fig. 9 och 10 visar en ytterligare variant av strömskyddsanordningen, varvid fig. 9 visar ett tvärgàende snitt från sidan och fig. 10 visar anordriingen i längdvy frán sidan; Fig. 11 visar en modifikation av strömskyddsanordningen enligt fig. 9 och 10; Fig. 12 visar i snitt från sidan en strömskyddsanordning enligt uppfinningen, vilken anordning innefattar ett flertal på varandra staplade strömbegränsningselement; Fig. 13 visar strömskyddsanordningen enligt fig. 12 inkopplad i en elektrisk strömkrets; Fig. 14 visar ett diagram, som åskådliggör spänningsuppdelningen med avseende på de olika i anordningen enligt fig. 13 ingående strömbegränsningselementen; och Fig. 15 visar ett tvärsnitt genom en speciellt föredragen utföringsform av en strömskyddsanordning enligt uppfinningen.

I de olika figurerna år delar, som svarar mot varandra, försedda med samma hänvisningsbeteckningar även om delarna inte alltid ser exakt likadana ut.

Det är vid samtliga i det följande visade utföringsforrner av uppfinningen speciellt viktigt att elastomerkropp och elektroder i anslutning till sina inbördes anliggningsställen befinner sig i en miljö av vätska, varmed i föreliggande fall även avses pasta. Detta gäller alltså även vid utföringsformema enligt fig. 1-4 och 6-13 även om det inte speciellt framgår av ritningen, då nämnda figurer är avsedda att främst åskådliggöra andra väsentliga detaljer i samband med fördelaktiga konstruktioner. Ett exempel på en grund- konstruktion, som visar att elastonierkropp och elektroder faktiskt befinner sig i vätske- rniljö, framgår dock av fig. 15.

Den i fig. 1 åskådliggjorda strömskyddsanordningen innefattar såsom huvuddelar en centralt anordnad elektriskt ledande elastomerkropp 10 samt två på ömse sidor därom befintliga elektroder 12, 14. Då anordningen är inkopplad i en strömkrets åstadkommes matning av en ström mellan elektrodema 12, 14 via elastomerkroppen 10. En i figuren inte närmare visad tryckanordning åstadkommer en anliggningstiycklciaft mellan respek- tive elektrod 12, 14 och elastomerkroppen 10 och detta åskâdliggörs med den med F be- tecknade pilen. Det bör observeras att elektrodema 12, 14 alltid är så arrangerade, att de under inverkan av kortslutningsströmmar strävar efter att sinsemellan repellera. Detta kan åstadkommas exempelvis genom att elektroderna 12, 14, som är placerade mittemot varandra, har en långsträckt form, varvid elastomerkroppen 10 är placerad mellan desamma i anslutning till en av deras änddelar. Kretsströmmen kommer då att passera antiparallellt genom elektroderria 12, 14 såsom också antyds med pilarna i fig. 1. Vid passerande överström minskar sålunda anliggningsytoma 16, 18 mellan respektive elektrod 10 15 20 25 30 -514- 775 4 12, 14 och elastomerkroppen.

Vid anliggningsytorna 16, 18, mellan elektrodema 12, 14 och elastomerkroppen finns, såsom framgår av tig. 1, för förhöjande av kontaktverkan elektriskt ledande nät 20, 22, som är utformade i anslutning till respektive för kontaktering avsedda elektrodytor.

Genom den på elektroden 12 direkt verkande tryckkraften F säkerställes normalt en god kontakt mellan de efter varandra befintliga delarna 10, 12, 14 och därmed möjliggörs också att kretsströmmen i kan passera genom anordníngen, då denna är ansluten till en yttre elektrisk krets. Näten 20, 22 insjunker härvid på grund av den inverkande tryckkraf- ten F delvis i elastomerkroppen 10, vilket bidrar till nämnda ökade kontaktverkan mellan respektive elektrod 12, 14 och elastomerkroppens 10 elektriskt ledande partiklar (här ej visade). Då elektriskt ledande partiklar efter överströmmens passage har förbränts på elastomerkroppens 10 gränsyta mot nåtmaskoma kommer näten 20, 22 på grund av den förekommande tryckkraften att insjunka än djupare i elastomerkroppen och därmed att skapa ny kontakt med intakta elektriskt ledande partiklar i densamma. Därmed återgår anordningen till initialtillståndet, då överström passerat och kretsen åter öppnats.

Med den nya strömbegränsningsanordningen har det nu blivit möjligt att väsentligt reducera relaxationstiden. I föreliggande fall är den av storleksordningen enbart sekunder.

Då näten 20, 22 insjunkit helt i elastomerkroppen 10 kommer elektrodytorna mellan nätens 20, 22 maskor i kontakt med oskadade elastomerytor, vilket ytterligare bidrar till att förlänga anordningens livslängd. Anordningens känslighet ökar alltså genom införandet av nät 20, 22, vilket resulterar i att strömtoppar undertrycks.

Fig. 5 åskådliggör ström/tid-kurvan för en anordning, som inte innefattar det ovan beskrivna nätet - heldragen linje. Den tidigare nämnda strömtoppen framgår tydligt men saknas helt i den kurva - streckad linje - som i samma figur hänför sig till en enligt uppfinningen utformad anordning med nät. En trolig förklaring till den ökade känslighet, som erhålls vid användning av nät, kan vara den ventilverkan, vilken uppstår genom strörnförträngrtingen i anslutning till nämnda nät. Detta förhållande framgår med önskvärd tydlighet av ñg. 2, där strömlinjema är komprimerade i elektriskt ledande masktrådar 24, som ingår i nätet 20 resp. 22.

En strömförträngning kan erhållas i än högre grad med hjälp av strömskydds- anordning enligt fig. 3, varvid passagen för den ström, som år avsedd att passera genom anordníngen, är reducerad vid åtminstone ett kontaktställe 13 mellan nätet 20 och elektroden 12 respektive elastomerkroppen 10. Härvid täcks ytterdelarna av den mot elastomerkroppen 10 vettande elektroden 12 av en isolation ll. Kontaktorganet 20 är 10 15 20 25 30 -514- 775 5 placerat centralt med avseende på angränsande elektrod 12 och elastomerkropp 10.

Sålunda erhålls den förhöjda strömtätheten i elastomerkroppen 10. Eftersom elektroden 12 och nätet 20 har mycket god termisk ledningsförmåga och stor termisk massa är tempera- turökningen vid normala förhållanden försumbar. Därmed uppträder ej heller någon resistansökning vid normala temporära överlaster, t.ex. vid en motorstart etc. Vid kortslutning, då stora strömmar uppträder, tillförs genom den jouleska uppvärmningen betydligt mer energi till kontaktstället 13 än vad som bortföres. Därmed ökar temperaturen drastiskt, varvid en abrupt resistansökning uppträder. Genom det beskrivna utförandet erhålles alltså en hos anordningen ökad känslighet för kortslutningsströmmar, med bibehållna egenskaper vid normal drift.

En ytterligare modiñkation av strömskyddsanordning framgår av fig. 4, där passagen för den ström, som är avsedd att passera genom anordningen, är reducerad vid åtminstone ett kontaktställe 13' mellan elektroden 12 och nätet 20. Vid denna utförings- form är, liksom vid arrangemanget enligt fig. 3, isolationer 11', 11", anordnade vid änddelama av elektroden 12, varvid elektroden centralt skjuter fram mellan isolationerna.

Nätet 20 sträcker sig både över isolationerna 11°, 11" och elektrodens 12 mellandel.

Härigenom kan strömmen genom nätet 20 delvis passera i tvärriktriingen, såsom är antytt i figuren. För att ytterligare öka anordningens känslighet består nätet 20 företrädesvis av ett material med betydligt högre resistivitet än resistiviteten hos det elektriskt ledande fyllmedlet i elastomerkroppen 10. Materialet i nätet 20 kan tex. utgöras av rostfritt stål under det att fyllmedlet kan utgöras av silver eller liknande lågresistivt material.

Den i fig. 6 åskádliggjorda strömskyddsanordningen har ett strömbegränsnings- element, som omfattar tre separata elastomerkroppar lOa, 10b, 10c, van/id de båda yttre elastomerkropparna lOa och 10c är omgivna av var sitt separat elektriskt ledande nät 20a resp. 22a. Kretsen kan eventuellt vara kompletterad med en med streckade linjer inritad extern resistor, som förhindrar överspänningar och säkerställer ström genom anordningen även efter det att strömbegränsning skett.

Vid uttöringsforrneii enligt tig. 7 har ett ljusbágshärmnande ämne 26, som lämpligen kan utgöras av Al (OH), i pulverforrn, införts mellan nätens 20, 22 masktrådar 24. Syftet med detta arrangemang är att förhindra ljusbågsbildning, vilket i sin tur medför att materialförbrärmingen minskar då anordningen utsätts för överströrnrnar.

Fig. 8 hänför sig till en utföringsforrn av uppfinningen, varvid nät 20, 22 av den typ, som tidigare diskuterats, används för att själva bilda de i strömskyddsanordningen ingående elektroderna. Varje som elektrod tjänande nät 20, 22 är härvid infast i en styv 10 15 20 25 30 514 775 6 cirkulär ram 28, vilken kan liknas vid infástningen av strängarna i en tennisracket. På detta sätt erhålls alltså två integrerade funktioner.

Strömskyddsanordningen enligt fig. 9 och 10 är utformad med cylindersymmetri, varvid ett utvändigt nät 30 här utgör den ena elektroden. Den andra elektroden 32 är anordnad centralt. Anordningen erbjuder produktionstekniska fördelar, eftersom den kan produceras och hanteras såsom "metervara".

Den i fig. 11 åskádliggjorda strömskyddsanordningen är försedd med en elektrod 34, som i detta fall utgör en "nätekvivalent". Den trådfonniga elektroden 34 har lindats på en elastomerkärna 10, vilken omsluter en centrumelektrod 36. Mellan punkterna 38 och 40 är lämpligen resistansen stor, företrädesvis > 10 mohm. Då anliggningsytan övergår till högresistivt tillstånd erhålls därmed en kontinuerlig inkoppling av resistansen i kretsen Härigenom undertrycks transienter och underlättas kommutering till eventuella parallell- resistorer.

Vid arrangemangen enligt fig. 12 och 13 har ett stort antal strömbegränsande element i form av elastomerkroppar (101...101...10,,) staplats ovanpå varandra. Till elastomerkropparna 101...10,, anslutande nät 401...40,,+, är sinsemellan parallellkopplade via resistorer RFI, RW. Med detta uppnås en spärmingsdelning mellan konsekutiva strömbegränsitingselement. Detta höjer spänningshållfastheten, då anordningen befinner sig i högresistivt tillstånd. Detta i sin tur resulterar i att respektive anliggningsyta ej "stressas" lika hårt som då endast en anliggningsyta år aktiverad.

Diagrammet i fig. 14 visar spänningen Up som funktion av de konsekutiva strömbegrärisníngselementen j. Den i ñg. 14 visade spänningsdelningen avser det fall, då de flesta elastomerkropparna i fig. 13 är högresistiva. I det visade exemplet är t.ex. elastomerkropp 3 fortfarande i sitt lågresistiva tillstånd. En yttre spänníngskälla E utnyttjas, varvid en ström passerar genom anordningen.

Vid den i fig. 15 åskådliggjorda utföringsformen av den nya strörnskyddsanord- ningen visas att både den elektriskt ledande elastomerkroppen 10, elektroderna 12, 14, kontaktanordningen (antydd med de elektriskt ledande näten 20, 22), tryckanordningen (antydd med pil F) och eventuella ytterligare till arrangemanget hörande komponenter är anordnade i en företrädesvis hermetiskt tillsluten behållare 42. I fig. 15 år också rikt- ningen för kretsströmmen genom elektroderna 12, 14 markerad. I behållaren 42, som är tillverkad av elektriskt icke ledande material, Lex. keramik eller plast, är en vätska 44 innesluten på sådant sätt, att miljön för anslutningsställena mellan elastomerkropp 10 och elektroder 12, 14 alltid utgörs av nämnda vätska 44, oberoende av strömskyddsanord- 10 15 20 514 -775 7 ningens orientering i rummet.

Vätskan 44, som kan utgöras av vatten eller av vatten med en tillsats av glycerin, skall ha sådana egenskaper, att den löser upp restprodukter mellan de olika komponenter- na, så att en låg kontaktresistans erhålls och i hög grad bibehålls mellan elektrodema 12, 14 och elastomerkroppen 10.

Genom att elektroderrla 12, 14 och elastomerkroppen befinner sig i den nämnda vätskan 44 hindras på ett effektivt sätt också slaggprodukter från att under förbränningen avsättas på elektrodernas 10, 12 anliggningsytor. Det är naturligtvis även viktigt att den använda vätskan 44 har ljusbågshämmande egenskaper.

Ytterligare modifikationer av de ovan som exempel angivna utföringsformerna av strömskyddsanordningen enligt uppfinningen kan åstadkommas inom ramen för patent- kraven. Sålunda kan det i form av ett nåt vid utföringsexemplen ovan angivna kontakt- organet också utgöras av ett speciellt skikt med elektrisk ledningsförmåga väsentligen enbart vinkelrätt mot skiktplanet. Skiktet kan bestå av riktat orienterade trådar samt av ett mellan dessa anordnat elektriskt isolerande material, som exempelvis kan bestå av silikon.

Kontaktorganet kan också vara bildat exempelvis genom etsning, plasmasprutning, etc., på ytan av en elektrod. Vidare kan kontaktorganet innefatta två separata intill varandra belägna masknät, varvid maskstorleken i det ena nätet avviker från maskstorleken i det andra nätet. Det är även möjligt att dispergera ljusbågshämmande ånme i den elektriskt ledande elastomerkroppen eller att dispergera nämnda ämne i ett tunt metallskikt hos den elektriskt ledande elastomerkroppen, som i detta fall kan ha cylinderform. i

Claims (14)

10 15 20 25 30 - 5141775 8 Patentkrav

1. l. För skydd mot överström i elektriska kretsar avsedd anordning, vilken åtminstone innefattar en elektriskt ledande elastomerkropp (10) och två för matning av kretsströmmen genom denna avsedda elektroder (12, 14), vilka är så arrangerade, att de under inverkan av kortslutningsströmmar strävar efter att sinsemellan repellera, och vilka - var och en direkt eller via en mellandel - på motsvarande ställen anligger mot elastomer- kroppen, varvid en tryckanordning åstadkommer anliggningstryck, varvid elastomerkrop- pen (10) deforrneras genom tryckanordningen vid respektive anliggningsställe vid tryckbe- lastning, k ä n n e t e c k n a d av att elastomerkropp (10) och elektroder (12, l4) i anslutning till sina inbördes anliggningsstållen befinner sig i en miljö av vätska (44) - varmed i föreliggande fall även avses pasta - med restproduktupplösande egenskaper samt av att ett kontaktorgan i form av minst ett rasterliknande skikt (20, 22) är anordnat för att i anslutning till åtminstone en elektrod och en angränsande elastomerkropp och/eller mellan två angränsande elastomerkroppar vid tryckbelastning åstadkomma förhöjd kontaktverkan genom att skiktet insjunker i en angränsande elastomerkropp.

2. Anordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d av att vätskan (44), som har väsentligt högre resistivítet än elastomerkroppen (10), innefattar glykol.

3. Anordning enligt något av kraven 1 och 2, k å n n e t e c k n a d av att vätskan har ljusbågshämmande egenskaper.

4. Anordning enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d av att vätskan (44) är innesluten i en hermetiskt tillsluten behållare (42), som även rymmer elastomer- kropp (10), elektroder (12, 14) och tryckanordning.

5. Anordning enligt något av kraven l-4, k ä n n e t e c k n a d av att passagen för den ström, som år avsedd att passera genom anordningen, år reducerad vid åtminstone ett kontaktställe (13) mellan kontaktorgan (20) och elektrod (12) resp. elasto- merlqopp (10).

6. Anordning enligt något av kraven l-5, k ä n n e t e c k n a d av att passagen för den ström, som är avsedd att passera genom anordningen, är reducerad vid åtminstone ett kontaktstålle (l3') mellan elektrod (12) och kontaktorgan (20).

7. Anordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d av att kontaktorganet utgörs av ett skikt med elektrisk ledningsförmåga väsentligen enbart vinkelrätt mot skiktplanet. kånnetecknad

8. S. Anordning enligt något av kraven 1-6, av att kontaktorganet utgörs av ett separat masknåt, vilket exempelvis år stansat, etsat, vävt eller 10 15 51-14 »7 75 stickat.

9. Anordning enligt något av kraven 1-6 och 8, k ä n n e t e c k n a d av att kontaktorganet (20a, 22a) år anordnat att omsluta respektive elastomerkropp (10a, lOc), varvid det även verkar som en med denna integrerad resistor.

10. Anordning enligt något av kraven 8 och 9, k ä n n e t e c k n a d av att i kontaktorganet ingående trådar är tillverkade av mässing, koppar eller nickel, före- trädesvis med överdrag av silver.

11. Anordning enligt något av kraven 8-10, k ä n n e t e c k n a d av att de i kontaktorganet ingående trådama är sinsemellan isolerade.

12. Anordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d av att kontaktorganet utgör en med en elektrod integrerad del.

13. Anordning enligt kravet 12, är bildat genom etsning, plasmasprutning, etc. på elektrodens yta. kânnetecknad avattkontaktorganet

14. Anordning enligt något av kraven 1-4, nämnda skikt (20, 22) utgör en elektrod. kännetecknad avatt