JPH02163905A

JPH02163905A - 過電流保護装置

Info

Publication number: JPH02163905A
Application number: JP26482989A
Authority: JP
Inventors: Tomas Hansson; トーマス　ハンソン; Per-Olof Karlstroem; ペル　―　オルフ　カールストローム
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1988-10-13
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1990-06-25
Also published as: ES2057042T5; DE68916152T3; SE8803644D0; EP0363746A1; EP0363746B2; EP0363746B1; ES2057042T3; SE462250B; DE68916152T2; DE68916152D1; SE8803644L

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】〔産業上の利用分野ｊ本発明は、電気設備に用いる過電流保Ｓ＠ｔに圓する。

このＭ藷は、接点装置に直列に接続されたサーミスタと
、このサーミスタに並列に接続され前記接点装置に影響
を及ぼして過電流の際にこれを向放可るＪ：うになって
いる励磁コイル装置と、を有する。この過電流保護装置
は、主として低電圧設備用のものとして考えられている
が、低電圧設備とは、ここでは動作電圧が最大で１００
０Ｖの設備を意味する。

Ｃ従来の技術］主としてモータの保護用に設計された上述の種類の装置
は、アイ、イー、イー、イー、トランスアクションズ　
オン　コンボーネンツ　ハイブリッド　アン１：　マニ
ュファクチャリング　テクノロジー（ＩＥＥＥ　Ｔｒａ
ｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ。

１１ｙｂｒｉｄｓ　　ａｎｄ　Ｈａｎｕｆａｃｔｕｒｉ
ｎｏ　　Ｔ８ＣｈｎＯＩＯ（ＩＶ）、Ｖｏｌ、　ＣＩＩ
ＨＴ　−５，Ｎｎ２．　Ｊｕｎｅ　　１９８２．　ｐｒ
）。

２２５−２３０に所載のアール、ニス、バーキンス（Ｒ
，Ｓ、　Ｐｅｒｋｉｎｓ　）外茗［パワーアプリケーシ
ョンのための新しいＰ　Ｔ　Ｃ抵抗（＾Ｎｅｗ　ＰＴＣ
Ｒｅｓｉｓｔｏｒ　ｆｏｒ　　Ｐｏｗｅｒ　Ａｐａｌｔ
ｃａｔｉｏｎ　）　Ｊによって既に公知であるにの文献
に説明されている装置は、セラミック形のサーミスタを
含む。この形式のサーミスタは、なかんずく、低抵抗状
態から高抵抗状態への変化のために、サーミスタ内に比
較的大きいエネルギ発生を必要とする欠点を有する。

そのため熱的ｍ性を生じ、装置は短絡保護には適さなく
なる。もう１つの重大な欠点は、温度がある値を超えた
時、このサーミスタが負の温度係数を示すことである。

さらに、セラミック形のサーミスタは、短絡ｌｆ流が通
ると、容易にき裂を生じる。そのわけは、その時、サー
ミスタに熱的かつ機械的応力が加わるからである。さら
に、セラミック形す−ミスタは、比較的に高価である。

過電流保護に用いるためのもう１つの形式のサーミスタ
は、これもまたアイ、イー、イー、イートランス７クシ
ヨンズ　オン　コンポーネンツハイブリッド　アンド　
マニュファクチャリングテクノロジー（ＩＥＥＥ　ｒｒ
ａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ、　
　１ＩＶｂｒｉｄｓ　ａｎｄ　１４ａｎＬｌｆａｃｔｕ
ｒｉｎ（１丁ｅｃｈｎｏｌｏ（ｌｙ）　　、　　Ｖｏｌ
、　　ＣＩＩＨｒ　　−４，１１ｃ４．　　Ｄｅｃ、１
　９８１、ｏｐ、３７２−３７８に所載のエフ、エード
ルヤツク（ｉ′、＾、　０ｏｌｊａｃｋ　）著［ポリ・
スイッチＰＴＣ＠１ｆｆ−過電流保護のための新しい低
抵抗導体用合体を基材とするＰＴＣｉｌＦ　　（Ｐｏｌ
ｙ−３＋＊１ｔｃｈ　　ＰＴＣＤｅｖｉｃｅｓ　　　−
＾　Ｎｅｗ　　Ｌｏｗ−ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＣＯｎｄ
ＵＣｔｉＶｅ　　Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｂａｓｅｄ　　ｐｒ
ｃ　　Ｄｅｖｉｃｅ　　ｆｏｒＯｖｅｒｃｕｒｒｅｎｔ
　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）　Ｊによって公知である。

この形式のサーミスタもまた市販されている。それらの
サーミスタは、ｖＩ電材、例えばカーボンブラック、の
粒子を含む重合体材料、例えば高圧ポリエチレンから製
造される。

重合体を藁材とするサーミスタの、セラミックと比較し
た場合の利点は、抵抗が温度とともに単調に変化するこ
とである。さらに、それはかなり安価である。しかし、
市販されているこの形式のサーミスタは、比較的低い定
格電圧を有するように設計されているので、配電網内に
直接使用することはできない。さらに、これらのサーミ
スタの配ａおよびＮ極接続は通常、短絡が起こった時、
電流路が逆平行になるようになっているために、これら
のサーミスタは大きい反発力を受けることになり、それ
によって諸電極は裂き離される。さらに、これらのサー
ミスタの遷移エネルギは比較的小さいために、これらの
サーミスタは、低い過′ｔＴｉ流の範囲内でモータの保
護に直接使用されるためには、不十分な引きはずし遅延
しか与えないことになる。以上の理由で、重合体を基材
とするサーミスタは、現在まで電力技術の分野ではあま
り実用されておらず、主として電子装置の保護のために
使用されている。

［発明の目的と要約］本発明は、同一の装置ユニツｌ−がモータ保護装置およ
び短絡保護装置の双方として機能するように設計された
、上述の種類の、比較的簡単で経汎的な保護＠置を提供
することを目的とする。本発明は、これを、特許請求の
範囲第１項に記載された特徴を有する装置によって達成
する。

サーミスタと接触する少な（とも１つの熱吸収体を含む
熱的遅延装置を、保護！置のサーミスタに備えることに
よって、同一要素が、モータ保護および短絡保護の双方
のために用いられるという利点が達成される。これによ
って、製造経ｇｔおよび占有空間の大きさの観点から、
かなりの利点が１ｑられる。本保［置は、通常のヒユー
ズおよびいわゆる自動ヒユーズ（ミゼット遮断器）の代
わりに使用することができ、これら双方の形式のヒユー
ズの利点を有するとともに、例えばヒユーズは身命が限
られており、自動ヒユーズは短絡の際の遮断容量が限ら
れているという、それらの欠点はもたない。

七−夕の始動時、モータの保護装置は、標準電流である
定格電流の６倍の電流が流れても、５秒以内に引きはず
しを行なってはならない。もし、この時１〜内にサーミ
スタに発生した全ての熱が電極へ伝えられるものと仮定
すると、必要な電極体積は次式によって与えられる。

ただし、ＰＩａＸ−保護装置の最大許容損失電力ｎ＝６し　　　　　＝５８ａＸ ρ８＝電極材料の密度ｃｏ＝電極材料の比熱Ｔｔ＝サーミスタの遷移温度Ｔａ−周ｖＪＪ瀾ｔσ である。

もし、電極材料が銅であれば、Ｐ、８Ｘ＝２ｗ、Ｔｔ−
１２０℃、王、−２０℃であり、上式によって約１０１
３の電極体積が必要となる。容易にわかるように、もし
損失電力Ｐｌａｘが同じであれば、この体積は保護装置
の定格電流にはよらない。

しかし、実際には、発生したエネルギのある部分は、現
実のサーミスタを加熱するのに用いられる。

ざらに、低定格用流用の保護装置においては、損失電力
が上述の値よりかなり小さくなる。従って、ある場合に
は、かなり小さい体積、例えば上で計りされた値の１／
１０で十分である。

上述のように、重合体を基拐とするサーミスタは、通常
比較的低い定格電圧、例えば５Ｏ−１００ｖ用として設
計される。しかし、これらのり−ミスタは、短時間なら
ば、かなり高い電圧、例えば４００−５００Ｖに耐えう
ることがわかった。

そのため、この形式のサーミスタを、例えば２３０Ｖの
動作電圧を有する回路網内に用いることが可能になる。

この回路網内においては、例えば短絡の場合、大ぎい故
障電流の遮断に際してサーミスタの両端間に発生する電
圧のピークは、上述の大きさの程度を超えることがあり
うる。しかし、これに対する１つの条件として、そのよ
うな場合にサーミスタの電圧軽減を敏速に行なう装置を
、保護装置にｆｆ！える。これは、例えば、サーミスタ
に並列に接続されたバリスタ、例えばＺｎＯバリスタに
よって実現されつる。あるいは、さらに発展せしめられ
た本発明に従って、サーミスタに直列に接続された接点
装置に、高速ひぎはずしＲ１ｆｆ（いわゆるキック装置
）を備え、これが接点装置に対し直接影響を及ぼして、
サーミスタが遷移濃度に達した時に接点装置を開放する
ようにしてもよい。この引きはずし装置は、１ｉ１述の
励磁コイル装置から構成され、この励磁コイル装置は適
切な２つの協働コイルから成り、一方のコイルは固定さ
れており、他方のコイルは可動である。これらのコイル
は、これらを逆平行な電流が流れるように直列に接続さ
れている。例えば短１　＆！に、大きい故ｇｉ電流が流
れた場合には、これによって反発力が生じて可動コイル
を急速に変位せしめ、可動コイルは作ａ部材を経て、接
点装置を開放状態にする。従って、回路内の主たる電圧
降下は、短時間の閂だけサーミスタの両端間に現われ、
回路の遮断後は、接点装置の両端間に現われるので、そ
れによって必要な絶縁耐力が保持されることになる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施例によって
詐述する。

［実施例１第１図に示されている過電流保護装置は、接点装置２に
直列に接続された正の温度係数を有するサーミスタ１　
（ＰＴＣ抵抗体）を含む。励磁コイル３がサーミスタ１
と並列に接続されており、この励磁コイルは、接点装置
２に対する高速引きはずし装置の一部をなす。この引き
はずし装置番よ、接点装置２に対して影響を及ぼして、
過電流の際にこれを開放するようになっている。過電圧
保護のためのバリスタ９を、サーミスタ１と並列に配置
することもできる。

サーミスタ１は、前述の重合体を基材とする形式のもの
である。第２図には、このようなサーミスタ１の抵抗Ｒ
の、−度Ｔに対する変化が示されている。例えば８０℃
；Ｌで広がる、サーミスタ１の正常な動作範囲において
は、抵抗は例えば０．０４Ωと低く、温度とともにわず
かに増加する。サーミスタ１の温度が、例えば過電流の
ために上述の値より高くなると、抵抗はもつと速く増加
し、例えば約１２０℃である、以Ｆにおいて）り移温度
と呼ばれるある温度を超えると、！サーミスタ１は突然
低抵抗状態から高ｌｌ！抗状態へ変化する。

高抵抗状態にお１ノる抵抗は、１ＱｋＱ以上にも達７る
。

第３図に示されているように、サーミスタ１は、例えば
長方形板４の形状を右し、板４の平坦な側面に接触して
雷ｌ１ｉ５が設昏ブられＣいる。電極５は、サーミスタ
板４と実質的に同じ面積を有するが、板４よりかなり厚
い。電４ｆｍ５は、良い導電率および熱伝導率を有する
材料、例えば銅から作られる。

それらがこの材料から作られているために、第１図の保
ｍ装置の熱的遅延は、この装置を定格電流の６−１０倍
に達するモータの始動電流が流れる時に実現される。こ
のようにして、Ｎ流のｗ末的および国際的規格、例えば
Ｉ　ＥＣ１５９に基づいた、モータ保ｉ装置に対する要
求を渦だづ引きはずし特性を有し、ぎらに効果的な短絡
保護を行ないつる保護装置が得られる。

第４図には、上述の引きはずし特性の大体の状況が示さ
れている。定格電流の約１０倍までの領域Ａにおいては
、装置がモータの正常な始動に際して引きはずしを行な
わないように、ＩＪ−ミスタの低抵抗状態から高Ｍ１抗
状態への遷移の熱的遅延が所望される。これは、電極５
の質かが、ψ−ミスタの［熱的ＬｆｆｉＪに含まれる、
第３図に示された構造によって実現される。その結果、
サーミスタ材料がｉｕａｍ度に達するのに要するエネル
ギは大きくなり、従ってその時間は良くなる。

一方、短絡の際には、できるだけ敏速な引きはずしが所
望され、これは、サーミスタ１の遷移に要するエネルギ
が、この場合はできるだけ小さい必要があることを意味
する。これもまた、第３図に示された構造によって実現
される。そのわ１）は、その場合に生じる大電流（領域
Ｂ）によってサーミスタ１内に発生するエネルギは、サ
ーミスタ１が引きはすしを完了づるまで電極５へ伝えら
れないからである。従って、短絡Ｎ流が流れる場合は、
サーミスタの遷移ｉよ、始ｅ　？ｌｉ流領域におけるよ
りもかなり低いエネルギ舶によって起こる。ある場合に
は、短絡時に必要とされる遷移エネルギ（よ、モータ始
動時の遷移エネルギのわずか１／１０になりうる。

サーミスタ１に、良い導電率の材料で作った比較的厚い
′Ｆ１極を備え、第３図に示されているようにそれぞれ
の電極５の中央部に、この要素の接続導線６を連結すれ
ば、なかんずく機械的観点から、この要素内に好ましい
電流分布が行られる。この実施例においては、電極５が
、逆平行な電流路から生じる電気力学的反発力にＪ、っ
て裂き離される恐れは最小化される。

第５図には、第１図の接点装置２に対する引きはずしｖ
４露が、原理的にどのように構成されつるかの例が示さ
れている。第５図の引きはずし装置は高速の電気力学的
引きはずし装置であり、固定された鉄心７の回りに取付
けられた２つのコイル３ａ、３ｂを含み、一方のコイル
３ａは固定されており、他方のコイル３ｂは可動である
。これらのコイルは、これらを逆平行電流が流れるよう
に、直列に接続される。その場合、これらのコイルには
、７ｒｉ流の２乗に比例して単調に増大する反発力が作
用する。この力は、可動コイル３ｂの右方への急速な変
位を生ぜしめ、この力は、絶縁材のキャリヤ８を経て、
接点装置２の可！ＪＪ接点へ直接伝えられる。この接点
の一端部は回転自在に取付けられ、この接点の両端間の
点はキャリヤ８に閏節式に連結されている。これによっ
て、伝動交換が起こり、可動コイル３ｂの比較的小さい
変位によって、十分に大ぎい接点の移動が実現される。

これは、電気力学的力の、コイルの相対位置への依存度
が最小化されることを意味する。

鉄心７の役割は、低い過電流の場合に、引きはずしの力
を強めることである。

第６図には、第１図の保ｖ１装置による、短絡の場合の
回ｖ！ｇ遮断における電流変化が示されている。

正常動作中には、サーミスタ１は低抵抗、例えば０．０
４０を有し、全動作′？Ｉｉ流はこれを通って２１れる
。もし短絡が起これば、電流は極めて急速に増加し、サ
ーミスタ１は加熱される。短絡の発生かられずか何分の
１ミリ秒か後の時刻ｔ［において、サーミスタ１は低抵
抗状態から高抵抗状態へ変化（サーミスタの引きはずし
）し、従って電流は並列枝路へ転流せしめられて、比較
的高抵抗、例えば０．４Ω、を有するコイル装置のイン
ピーダンスによって９１限される。コイル装ｆＦｊ３は
、第５図に示されているように適宜設計される。電気力
学的力の作用により、時刻ｔｈにおいて接点装ＰＩ　１
．ｔ　高速で開放され、それによってＴｌｖｌは遮断さ
れる。電流はコイル装置３のインピーダンスによって既
に比較的低い値にυ１限されており、さらにそれは主と
して抵抗性のものであるから、遮断は比較的に簡単に行
なわれる。従って、接点４ｉ置は極めて簡単なものにす
ることができ、アークシュートを備える必要はない。さ
らに、接点が急速に開放されるので、サーミスタ１の急
速な電圧軽減が行なわれ、従って、サーミスタ１は、連
続的に動作電圧に耐えるように設計される必蛭はない。

［発明の効果］本発明は以上に説明された実施例によって限定されるも
のではなく、特許請求の範囲内において、いくつかの改
変が可能である。例えば、高速引きはずし装置は、以上
に説明されたように２つのコイルから構成する必要はな
く、接点装ｄを開放するための可動磁石部分に作用を及
ぼす１つのコイルから構成することもできる。引ぎはイ
し装置の作妨部材は、可動接点に機械的に連結される必
要はなく、可動接点と固定接点との間に挿入される絶縁
板からも構成されつる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の過電流保護＠置の回路図、第２図は
、第１図の保護装置の一部をなずサーミスタの、温度対
抵抗のグラフを示す図、ｆｆ’！３図は、第１図の保護
装ｄの一部をなすサーミスタの側面図、第４図は、第１
図の保護装置の、電流対引きはずし時間のグラフを示ず
図、第５図は、第１図の保護装置の一部をなす接点装置
に用いられる高速ひきはずし装置の例示図、第６図は、
第１図の保冷装置による短絡時回路遮断の場合における
電流の変化グラフを承り図である。符号の説明１・・・サーミスタ、２・・・接点Ｈ２？、３・・・励
磁コイル、３ａ・・・固定コイル、３ｂ・・・可動コイ
ル、５・・パ心極、６・・・接続導線、８・・・４：ヤ
リ１７．９・・・バリスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）接点装置（２）に直列に接続されたサーミスタ（
１）と、該サーミスタに並列に接続され前記接点装置に
影響を及ぼして過電流の際にこれを開放するようになつ
ている励磁コイル装置（３）と、を有する電気設備用の
過電流保護装置であつて、前記サーミスタ（１）が、正
の温度係数を有する導電性重合体混合物から製造され、
かつ該サーミスタ（１）と接触する少なくとも１つの熱
吸収体（５）を含む熱的遅延装置を備えていることを特
徴とする過電流保護装置。
（２）請求項１において、前記サーミスタ（１）が板状
に形成されており、前記熱的遅延装置が該サーミスタ（
１）のそれぞれの面に接触する金属材料で作られた２つ
の熱吸収体（５）から成ることを特徴とする過電流保護
装置。
（３）請求項２において、前記熱吸収体（５）が前記サ
ーミスタ（１）に対する接続電極から成ることを特徴と
する過電流保護装置。
（４）請求項２または３において、前記熱吸収体（５）
の体積が０．９ｃｍ＾３より大であることを特徴とする
過電流保護装置。
（５）請求項３または４において、前記サーミスタ（１
）が、短絡の場合に発生して前記電極に作用する電気力
学的反発力が最小化されるようにそれぞれの該電極の中
央部に連結された接続導線（６）を備えていることを特
徴とする過電流保護装置。
（６）請求項１から請求項５までのいずれかにおいて、
前記励磁コイル装置（３）が高速引きはずし装置（いわ
ゆるキック装置）の一部をなし、該高速引きはずし装置
が前記接点装置（２）に対し直接影響を及ぼして前記サ
ーミスタ（１）が遷移温度に達した時該接点装置を開放
するようになつていることを特徴とする過電流保護装置
。
（７）請求項６において、前記引きはずし装置は逆平行
な電流が流れる直列に接続された２つの協働するコイル
（３ａ，３ｂ）を含み、一方の該コイル（３ａ）は固定
され、他方の該コイル（３ｂ）は可動であつて、該可動
コイル（３ｂ）が作動部材（８）を経て前記接点装置（
２）の開放を行なうようになつていることを特徴とする
過電流保護装置。
（８）請求項１から請求項７までのいずれかにおいて、
前記サーミスタ（１）に並列にバリスタ（９）が接続さ
れていることを特徴とする過電流保護装置。