JPS62160615A - 故障電流遮断器 - Google Patents
故障電流遮断器Info
- Publication number
- JPS62160615A JPS62160615A JP230886A JP230886A JPS62160615A JP S62160615 A JPS62160615 A JP S62160615A JP 230886 A JP230886 A JP 230886A JP 230886 A JP230886 A JP 230886A JP S62160615 A JPS62160615 A JP S62160615A
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- JP
- Japan
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- resistor
- voltage
- current
- temperature coefficient
- positive temperature
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
１９８４年５月１６日に出願された係属中の米国特許出
願通し番号第６１０，９４７号には、回路遮断接点と組
合せて半導体素子を使って、接点の間にアークを発生せ
ずに接点を分離することが出来る様にすることが記載さ
れている。この米国特許出願では、電圧依存性抵抗と組
合せてトランジスタ素子を用いて、離れる接点からトラ
ンジスタへ電流を切換え、その後トランジスタから電圧
依存性抵抗へ切換える。接点が初めて開く時、トランジ
スタを導電させ、接点が離れた後まもなく、トランジス
タを非導電にする為に、トランジスタを導電状態及び非
導電状態の間で切換える何らかの手段が必要である。こ
の米国特許出願では、予定の期間内に電力トランジスタ
をオン及びオフに切換える為の有利な方式として、可飽
和鉄心変流器を用いている。それ以降、トランジスタが
果たすのと同じ機能を、低温で比較的小さな抵抗値を持
ち、更に高い予定の温度で実質的に一層大きな抵抗値を
持つ正の温度係数を持つ材料（ＰＴＣ）で作った抵抗に
よって達成することが出来ることか判った。
願通し番号第６１０，９４７号には、回路遮断接点と組
合せて半導体素子を使って、接点の間にアークを発生せ
ずに接点を分離することが出来る様にすることが記載さ
れている。この米国特許出願では、電圧依存性抵抗と組
合せてトランジスタ素子を用いて、離れる接点からトラ
ンジスタへ電流を切換え、その後トランジスタから電圧
依存性抵抗へ切換える。接点が初めて開く時、トランジ
スタを導電させ、接点が離れた後まもなく、トランジス
タを非導電にする為に、トランジスタを導電状態及び非
導電状態の間で切換える何らかの手段が必要である。こ
の米国特許出願では、予定の期間内に電力トランジスタ
をオン及びオフに切換える為の有利な方式として、可飽
和鉄心変流器を用いている。それ以降、トランジスタが
果たすのと同じ機能を、低温で比較的小さな抵抗値を持
ち、更に高い予定の温度で実質的に一層大きな抵抗値を
持つ正の温度係数を持つ材料（ＰＴＣ）で作った抵抗に
よって達成することが出来ることか判った。
米国特許第４，３２９，７２６号及び同第４゜４１３．
３０１号には、ＰＴＣ材料が予定の値より大きな電流を
通す時、回路内の直列抵抗値が増加することによって回
路を保護する為に、分離し得る接点と直列に用いられる
、５〜１００アンペアの範囲内で動作し得るＰＴＣ材料
が記載されている。
３０１号には、ＰＴＣ材料が予定の値より大きな電流を
通す時、回路内の直列抵抗値が増加することによって回
路を保護する為に、分離し得る接点と直列に用いられる
、５〜１００アンペアの範囲内で動作し得るＰＴＣ材料
が記載されている。
回路遮断装置内に負の温度係数を持つ材料を使うことが
、米国特許第４，０１９，０９７号に記載されている。
、米国特許第４，０１９，０９７号に記載されている。
この米国特許では、磁束切換え用引きはずし機構と直列
に、二酸化バナジウム又は酸化ランタン・コバルトの様
な材料を使うことが記載されている。今述べた材料の熱
応答特性を利用して、過電流状態が存在することを感知
すると共に、引きはずし機構を通る電流を動作状態の値
まで増加することが出来る様にする。詳細については上
に引用した米国特許を参照されたい。米国特許第４，３
２９，７２６号及び同第４，４１３゜３０１号に記載さ
れた材料は、モールド・ケースを持つ遮断器によって保
護される様な回路で過電流保護作用を行なうことが出来
る位に電流を通すことが出来ない。
に、二酸化バナジウム又は酸化ランタン・コバルトの様
な材料を使うことが記載されている。今述べた材料の熱
応答特性を利用して、過電流状態が存在することを感知
すると共に、引きはずし機構を通る電流を動作状態の値
まで増加することが出来る様にする。詳細については上
に引用した米国特許を参照されたい。米国特許第４，３
２９，７２６号及び同第４，４１３゜３０１号に記載さ
れた材料は、モールド・ケースを持つ遮断器によって保
護される様な回路で過電流保護作用を行なうことが出来
る位に電流を通すことが出来ない。
この発明の目的は、住宅用及び工業用電力母線内の電流
を遮断することが出来、しかもその時損傷を受は又は破
壊されることがない様な正の温度係数を持つ抵抗を用い
た故障電流遮断器を提供することである。
を遮断することが出来、しかもその時損傷を受は又は破
壊されることがない様な正の温度係数を持つ抵抗を用い
た故障電流遮断器を提供することである。
発明の要約
機械的に切換えられる１対の接点と並列に正の温度係数
（ＰＴＣ）を持つ抵抗と電圧依存性抵抗（ＶＤＲ）を配
置することにより、モールド・ケースを持つ成る定格の
遮断器内で故障電流を反復的に遮断することが出来る故
障電流遮断回路が得られる。接点か離れる時、電流は、
最初は小さな抵抗値を持つＰＴＣ抵抗に最初に切換えら
れる。
（ＰＴＣ）を持つ抵抗と電圧依存性抵抗（ＶＤＲ）を配
置することにより、モールド・ケースを持つ成る定格の
遮断器内で故障電流を反復的に遮断することが出来る故
障電流遮断回路が得られる。接点か離れる時、電流は、
最初は小さな抵抗値を持つＰＴＣ抵抗に最初に切換えら
れる。
電流がＰＴＣ材料を通過することにより、この材料か急
速に加熱され、その抵抗値が回折か増加する。並列のＰ
ＴＣ抵抗及びＶＤＲの両端の電圧がＶＤＨのクランプ電
圧まで急速に増加し、ＶＤＲをターンオンし、電流をＶ
ＤＨに切換える。ＶＤＲの両端の電圧は供給電圧よりも
実質的高いから、この後電流は小さな値に急速に低下し
、１対の補助接点か遮断過程を完了することか出来る様
にする。
速に加熱され、その抵抗値が回折か増加する。並列のＰ
ＴＣ抵抗及びＶＤＲの両端の電圧がＶＤＨのクランプ電
圧まで急速に増加し、ＶＤＲをターンオンし、電流をＶ
ＤＨに切換える。ＶＤＲの両端の電圧は供給電圧よりも
実質的高いから、この後電流は小さな値に急速に低下し
、１対の補助接点か遮断過程を完了することか出来る様
にする。
好ましい実施例の説明
回路遮断装置の直列素子としてＰＴＣ抵抗を使うことは
公知であるが、接点の間にアークが発生するのを除く為
に、離れる接点から電流を電圧依存性抵抗へ切換える為
の並列回路素子として、この様な材料を使うことは従来
知られていなかった。
公知であるが、接点の間にアークが発生するのを除く為
に、離れる接点から電流を電圧依存性抵抗へ切換える為
の並列回路素子として、この様な材料を使うことは従来
知られていなかった。
ＰＴＣ抵抗には種々の材料を使うことが出来、夫々独特
の特性が得られるが、チタン酸バリウム（Ｂａ Ｔｉ
０３ ）をベースとした材料が最もよく知られており、
小電流の遮断に適している。温度上昇の関数として小さ
い抵抗値から高い抵抗値に遷移する大電流の複合金属−
絶縁体材料が現在研究中である。
の特性が得られるが、チタン酸バリウム（Ｂａ Ｔｉ
０３ ）をベースとした材料が最もよく知られており、
小電流の遮断に適している。温度上昇の関数として小さ
い抵抗値から高い抵抗値に遷移する大電流の複合金属−
絶縁体材料が現在研究中である。
ＰＴＣ材料を用いた１つの故障電流遮断器が第１図に示
されている。故障電流遮断器１０が、固定接点１１．１
２と架橋接点１３．１４とで構成された主接点集成体１
５の間に接続されている。
されている。故障電流遮断器１０が、固定接点１１．１
２と架橋接点１３．１４とで構成された主接点集成体１
５の間に接続されている。
電力母線１６に過負荷電流が流れる時、これらの接点が
離れる。電力母線を通る電流が変流器によって感知され
る。この変流器の１次巻線が電力母線で構成され、２次
巻線が作動機構に接続されて、電流が予定の値に達した
時、接点集成体１５を速やかに開く。この様な１つの変
流器及び保護回路内の作動機構の使い方が、例えば米国
特許第４゜１１５．８２９号及び同第４，００１，７４
２号に記載されており、詳しいことはこれらの米国特許
を参照されたい。故障電流遮断器１０は、前に引用した
米国特許出願通し番号第６１０，９４７号に記載された
固体限流遮断器と同様な作用をする。この時、固体スイ
ッチを介して接点から電流を切換えることにより、分離
し得る接点の間で「アークなしの遮断」が行なわれる。
離れる。電力母線を通る電流が変流器によって感知され
る。この変流器の１次巻線が電力母線で構成され、２次
巻線が作動機構に接続されて、電流が予定の値に達した
時、接点集成体１５を速やかに開く。この様な１つの変
流器及び保護回路内の作動機構の使い方が、例えば米国
特許第４゜１１５．８２９号及び同第４，００１，７４
２号に記載されており、詳しいことはこれらの米国特許
を参照されたい。故障電流遮断器１０は、前に引用した
米国特許出願通し番号第６１０，９４７号に記載された
固体限流遮断器と同様な作用をする。この時、固体スイ
ッチを介して接点から電流を切換えることにより、分離
し得る接点の間で「アークなしの遮断」が行なわれる。
固定接点１９及び可動接点１８を持つ補助接点集成体１
７も希望によっては故障電流遮断器１０と組合せて用い
ることが出来る。電力母線１６が線路端子２０を介して
電源に接続されると共に、負荷端子２１を介して動作負
荷に接続される。以下ＰＴＣ抵抗と呼ぶ正の温度係数を
持つ抵抗２２が、分離し得る接点集成体１５と並列に接
続されると共に、金属酸化物バリスタ２３（以下ＭＯＶ
と呼ぶ）の様な電圧依存性抵抗（以下ＶＤＲと呼ぶ）に
線２４゜２５を介して接続される。フィリップス・テク
ニカル・レビュー誌に記載されたＥ、アンリッチの論文
「自己強制加熱素子としてのＰＴＣサーミスタ」に記載
されている様な典型的なりａ Ｔｉ ０３のＰＴＣ抵抗
は、第３図の２６に示す様な特性を角゛する。この図で
、オーム単位の抵抗値の対数が、例えば１００℃乃至１
６０℃程度の予定の温度で、突然に且つ大幅に増加する
ことが示されている。
７も希望によっては故障電流遮断器１０と組合せて用い
ることが出来る。電力母線１６が線路端子２０を介して
電源に接続されると共に、負荷端子２１を介して動作負
荷に接続される。以下ＰＴＣ抵抗と呼ぶ正の温度係数を
持つ抵抗２２が、分離し得る接点集成体１５と並列に接
続されると共に、金属酸化物バリスタ２３（以下ＭＯＶ
と呼ぶ）の様な電圧依存性抵抗（以下ＶＤＲと呼ぶ）に
線２４゜２５を介して接続される。フィリップス・テク
ニカル・レビュー誌に記載されたＥ、アンリッチの論文
「自己強制加熱素子としてのＰＴＣサーミスタ」に記載
されている様な典型的なりａ Ｔｉ ０３のＰＴＣ抵抗
は、第３図の２６に示す様な特性を角゛する。この図で
、オーム単位の抵抗値の対数が、例えば１００℃乃至１
６０℃程度の予定の温度で、突然に且つ大幅に増加する
ことが示されている。
故障電流遮断器１０を作動する時、接点集成体１５を引
離した時、令弟３図について説明した特性によって示す
様に、低い初期温度及び抵抗値を持つＰＴＣ抵抗２２に
電流が直ちに切換えられる。
離した時、令弟３図について説明した特性によって示す
様に、低い初期温度及び抵抗値を持つＰＴＣ抵抗２２に
電流が直ちに切換えられる。
電流がＰＴＣ抵抗を通り、その温度及び抵抗値か急速に
高くなって、ＰＴＣ抵抗２２とＭＯＶ２３の並列の組合
せの両端の電圧が、それに対応して、ＭＯＶのクランプ
電圧まで増加し、電流が直ちにＭＯＶに切換えられる様
にする。この電圧は、この時電源電圧より実質的に高い
が、ＭＯＶを通る電流を速やかに非常に小さな値まで低
下させる。
高くなって、ＰＴＣ抵抗２２とＭＯＶ２３の並列の組合
せの両端の電圧が、それに対応して、ＭＯＶのクランプ
電圧まで増加し、電流が直ちにＭＯＶに切換えられる様
にする。この電圧は、この時電源電圧より実質的に高い
が、ＭＯＶを通る電流を速やかに非常に小さな値まで低
下させる。
ＭＯｖは米国特許第４，３７４．−０４９号に記載され
ている様な組成を持っていてよい。この時、製造方法と
共にＭＯＶ材料の組成を変えることにより、クランプ電
圧を調節することが出来る。
ている様な組成を持っていてよい。この時、製造方法と
共にＭＯＶ材料の組成を変えることにより、クランプ電
圧を調節することが出来る。
第１図のＰＴＣ抵抗２２が内部電力１２Ｒによって加熱
される。こ＼でＲはＰＴＣ抵抗の抵抗値である。電流が
初めてＰＴＣ抵抗に切換わる時、Ｒは小さく、従って電
力損失が小さく、温度がゆっくりと上昇する。温度が上
昇するにつれて、Ｒが増加し、その結果電力損失が大き
くなり、一層速く加熱される。然し、電力が電流の自乗
の関数であるから、加熱速度は電流の大きさに非常に影
響される。
される。こ＼でＲはＰＴＣ抵抗の抵抗値である。電流が
初めてＰＴＣ抵抗に切換わる時、Ｒは小さく、従って電
力損失が小さく、温度がゆっくりと上昇する。温度が上
昇するにつれて、Ｒが増加し、その結果電力損失が大き
くなり、一層速く加熱される。然し、電力が電流の自乗
の関数であるから、加熱速度は電流の大きさに非常に影
響される。
第２図に示す故障電流遮断器１０は、故障電流遮断器を
電力母線１６の途中で接点集成体１５の両端に接続した
第１図の遮断器と同様である。ＰＴＣ抵抗２２か接点集
成体に並列に接続されると共に、線２４．２５を介して
ＭＯＶ２３とも並列に接続される。ＰＴＣ低抗２２は、
一端にＭＯＶ材料２７の薄層を融着しており、これは約
５ボルト程度の非常に低いクランプ電圧を有する。電流
か接点集成体１５からＰＴＣ抵抗２２に切換わる時、Ｍ
ＯＶ材料２７の両端の電圧とＭＯＶ材料を通る電流との
積によって加熱電力が発生される。
電力母線１６の途中で接点集成体１５の両端に接続した
第１図の遮断器と同様である。ＰＴＣ抵抗２２か接点集
成体に並列に接続されると共に、線２４．２５を介して
ＭＯＶ２３とも並列に接続される。ＰＴＣ低抗２２は、
一端にＭＯＶ材料２７の薄層を融着しており、これは約
５ボルト程度の非常に低いクランプ電圧を有する。電流
か接点集成体１５からＰＴＣ抵抗２２に切換わる時、Ｍ
ＯＶ材料２７の両端の電圧とＭＯＶ材料を通る電流との
積によって加熱電力が発生される。
この代りに、ＭＯＶ層２７によって発生される一定の電
圧降下を、ＰＴＣ抵抗２２を構成する材料の中の結晶粒
の境界に分布させることが出来るし、或いは更に急速な
加熱を希望する場合、ＭＯＶ層と組合せて用いることが
出来る。初期加熱電力か電流の線形関数であるから、こ
の実施例では、初期の温度上昇速度が一層大きく、第１
図の実施例はど、電流の大きさに影響されない。
圧降下を、ＰＴＣ抵抗２２を構成する材料の中の結晶粒
の境界に分布させることが出来るし、或いは更に急速な
加熱を希望する場合、ＭＯＶ層と組合せて用いることが
出来る。初期加熱電力か電流の線形関数であるから、こ
の実施例では、初期の温度上昇速度が一層大きく、第１
図の実施例はど、電流の大きさに影響されない。
導電金属がＭ ＯＶ ４４料のマトリクスの中にカプセ
ル封じされてＰＴＣ−ＭＯＶ抵抗を構成する様な大電流
の１夏合金属−絶縁体ＰＴＣ材料を用いる時、別個のＭ
ＯＶ２３はもはや必要ではない。金属かＰＴＣ−ＭＯＶ
抵抗に対して初期の低い温度及び低い抵抗値の導電性を
持たせ、最初に電流を接点集成体１５から切換える。Ｐ
ＴＣ−ＭＯＶ抵抗を通る電流及びその温度が上昇するに
つれて、ＭＯＶ材料の容積か膨張して、金属の導電性を
遮断し、こうしてＰＴＣ−ＭＯＶ抵抗の両端の電圧がＭ
ＯＶ材料のクランプ電圧まで増加する様にする。ＭＯＶ
材料に切換わった時の電流が、その後急速に減少する。
ル封じされてＰＴＣ−ＭＯＶ抵抗を構成する様な大電流
の１夏合金属−絶縁体ＰＴＣ材料を用いる時、別個のＭ
ＯＶ２３はもはや必要ではない。金属かＰＴＣ−ＭＯＶ
抵抗に対して初期の低い温度及び低い抵抗値の導電性を
持たせ、最初に電流を接点集成体１５から切換える。Ｐ
ＴＣ−ＭＯＶ抵抗を通る電流及びその温度が上昇するに
つれて、ＭＯＶ材料の容積か膨張して、金属の導電性を
遮断し、こうしてＰＴＣ−ＭＯＶ抵抗の両端の電圧がＭ
ＯＶ材料のクランプ電圧まで増加する様にする。ＭＯＶ
材料に切換わった時の電流が、その後急速に減少する。
これはＭＯＶのクランプ電圧が電源電圧よりも実質的に
高いからである。
高いからである。
電力母線に入っている装置及び配線を保護する場合につ
いてこの発明の故障電流遮断器を説明したが、これは例
に過ぎない。この故障電流遮断器は、例えば鉱山の爆発
性雰囲気の様に「アークなし」の切換えが要求されると
か、計算機内の影響を受は易い電子部品の様に「雑音の
ない」切換えか要求される時の様に、あらゆる状況で使
うことが出来る。
いてこの発明の故障電流遮断器を説明したが、これは例
に過ぎない。この故障電流遮断器は、例えば鉱山の爆発
性雰囲気の様に「アークなし」の切換えが要求されると
か、計算機内の影響を受は易い電子部品の様に「雑音の
ない」切換えか要求される時の様に、あらゆる状況で使
うことが出来る。
第１図はこの発明による回路遮断装置の回路図、第２図
は第１図に示した遮断装置の別の実施例の回路図、第３
図は第１図及び第２図で使われる正の温度係数を持つ抵
抗の抵抗値と温度の間の関係を示す図。 主な符号の説明 １１．１２，１３，１４：接点 ２２ ： ＰＴＣ抵抗
は第１図に示した遮断装置の別の実施例の回路図、第３
図は第１図及び第２図で使われる正の温度係数を持つ抵
抗の抵抗値と温度の間の関係を示す図。 主な符号の説明 １１．１２，１３，１４：接点 ２２ ： ＰＴＣ抵抗
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電気回路を通る電流を遮断する様に配置された１対
の分離し得る電気接点と、該電気接点の間に並列に電気
接続されていて、前記電気接点が最初に離れた時、前記
電流を当該正の温度係数を持つ抵抗に切換える正の温度
係数を持つ抵抗とを有する故障電流遮断器。 ２）電気回路を通る電流を遮断する様に配置された１対
の分離し得る電気接点と、該電気接点の間に並列に電気
接続されていて、前記電気接点が初めて離れる時、前記
電流を当該正の温度係数を持つ抵抗に切換える正の温度
係数を持つ抵抗と、該正の温度係数を持つ抵抗と並列に
電気接続されていて、該正の温度係数を持つ抵抗の両端
の電圧が予定の電圧に達した時、前記電流を当該電圧依
存性抵抗に切換える電圧依存性抵抗とを有する故障電流
遮断器。 ３）特許請求の範囲２）に記載した故障電流遮断器に於
て、前記電圧依存性抵抗が炭化珪素又は金属酸化物で構
成されている故障電流遮断器。 ４）特許請求の範囲１）に記載した故障電流遮断器に於
て、前記正の温度係数を持つ抵抗が電圧依存性を持つ材
料の層を持っていて、正の温度係数を持つ材料が前記予
定の温度に達する速度を速める様にした故障電流遮断器
。 ５）特許請求の範囲１）に記載した故障電流遮断器に於
て、前記正の温度係数を持つ抵抗が結晶粒の境界を持つ
材料で構成されており、該結晶粒の境界が電圧依存性を
持つ材料を含んでいる故障電流遮断器。 ６）特許請求の範囲２）に記載した故障電流遮断器に於
て、前記正の温度係数を持つ抵抗及び前記電圧依存性抵
抗が複合材料で構成されており、この為、前記電気接点
が初めて離れた時、前記電流が第１の温度で前記複合材
料の内の１つの成分に切換えられ、その後前記第１の温
度よりも高い第２の温度で、前記複合材料の別の成分に
切換えられる故障電流遮断器。 ７）１対の接点と該接点の間に接続された抵抗とを有し
、該抵抗は抵抗値の正の温度係数を持つ複合材料で構成
されており、この為前記抵抗は第１の温度で第１の抵抗
値を持つと共に更に高い第２の温度で更に高い抵抗値を
持ち、前記材料は電圧依存性をも持っており、この為前
記抵抗は該抵抗の両端の第１の電圧降下で第３の抵抗値
を持つと共に該抵抗の両端の更に高い第２の電圧降下で
一層小さい第４の抵抗値を持つ故障電流遮断器。 ８）特許請求の範囲７）に記載した故障電流遮断器に於
て、前記複合材料が前記抵抗値の正の温度係数を持つ第
１の材料と、前記電圧依存性を持つ第２の材料とで構成
されている故障電流遮断器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP230886A JPS62160615A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | 故障電流遮断器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP230886A JPS62160615A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | 故障電流遮断器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62160615A true JPS62160615A (ja) | 1987-07-16 |
Family
ID=11525725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP230886A Pending JPS62160615A (ja) | 1986-01-10 | 1986-01-10 | 故障電流遮断器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62160615A (ja) |
-
1986
- 1986-01-10 JP JP230886A patent/JPS62160615A/ja active Pending
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