JPH07153604A - 電気的抵抗要素と電流制限器におけるこの抵抗要素の使用 - Google Patents
電気的抵抗要素と電流制限器におけるこの抵抗要素の使用Info
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- JPH07153604A JPH07153604A JP6199857A JP19985794A JPH07153604A JP H07153604 A JPH07153604 A JP H07153604A JP 6199857 A JP6199857 A JP 6199857A JP 19985794 A JP19985794 A JP 19985794A JP H07153604 A JPH07153604 A JP H07153604A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 短絡電流を永久的に制限できる電気的抵抗要
素を提供する。 【構成】 電気的抵抗要素(10)は、平面平行な、圧力作
用される二つの電極(1,2) の間に配置された、PTC 挙動
を有する抵抗本体(3) を含み、この抵抗本体は、ポリマ
ーマトリックスと、ポリマーマトリックス(4) に埋め込
まれた導電性の粒子からなる二つの充填材成分とからな
る。短絡電流が生じると、抵抗本体(3) の特別な抵抗
が、電極に載っていてかつ少なくとも一つの第一充填材
成分を含む表面層において温度限界値の上方で飛躍的に
変化する。第二の充填材成分を選択するには、少なくと
もポリマーマトリックスと第二の充填材成分を含む複合
材料が、表面層に対して少なくとも一つの大きさの等級
だけ高いジャンプ特性をもつPTC 挙動を有するようすれ
ばよい。
素を提供する。 【構成】 電気的抵抗要素(10)は、平面平行な、圧力作
用される二つの電極(1,2) の間に配置された、PTC 挙動
を有する抵抗本体(3) を含み、この抵抗本体は、ポリマ
ーマトリックスと、ポリマーマトリックス(4) に埋め込
まれた導電性の粒子からなる二つの充填材成分とからな
る。短絡電流が生じると、抵抗本体(3) の特別な抵抗
が、電極に載っていてかつ少なくとも一つの第一充填材
成分を含む表面層において温度限界値の上方で飛躍的に
変化する。第二の充填材成分を選択するには、少なくと
もポリマーマトリックスと第二の充填材成分を含む複合
材料が、表面層に対して少なくとも一つの大きさの等級
だけ高いジャンプ特性をもつPTC 挙動を有するようすれ
ばよい。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項1の上位概念に
よる電気的抵抗要素から出発している。本発明は、また
電流制限器におけるそのような抵抗要素の使用にも関す
る。
よる電気的抵抗要素から出発している。本発明は、また
電流制限器におけるそのような抵抗要素の使用にも関す
る。
【0002】
【従来の技術】冒頭に述べた種類の抵抗要素は、ヨーロ
ッパ特許公開 EP 0 363 746 A1からおよびABB Technik
4/92 (1992), S.35 〜38に公開されたT. Hanssonの論文
「短絡保護のための自動コントローラ」から知られてい
る。この抵抗要素は、二つの比較的厚い電極の間に配置
されている、充填材を含有しているポリエチレン製の薄
いプラスチック板からなる。室温において、この抵抗要
素は非常に小さい抵抗を有しかつそのとき低電圧分配系
を流れる定格電流を問題なく導くことができる。この抵
抗要素は、直ちに多数秒にわたって数倍だけ増加した定
格電流も導くことができる。なぜなら、比較的厚い電極
は、抵抗要素に発生した電熱を暫時受け入れることがで
きるからである。これに対して、短絡電流が発生する
と、抵抗要素の温度が、特に銀めっきした銅からなる電
極の非常に薄い表面層において非常に急速に上がり、そ
してこの層に存在するポリエチレンが溶融する。これに
より、抵抗要素の抵抗が飛躍的に高まりそして一ミリセ
コンドよりわずかな時間でその初期値の約30倍になる。
それにより、短絡電流は著しく減らされて、今や抵抗要
素に対し直列に接続されたわずかな短絡切替え容量の遮
断器で切ることができる。
ッパ特許公開 EP 0 363 746 A1からおよびABB Technik
4/92 (1992), S.35 〜38に公開されたT. Hanssonの論文
「短絡保護のための自動コントローラ」から知られてい
る。この抵抗要素は、二つの比較的厚い電極の間に配置
されている、充填材を含有しているポリエチレン製の薄
いプラスチック板からなる。室温において、この抵抗要
素は非常に小さい抵抗を有しかつそのとき低電圧分配系
を流れる定格電流を問題なく導くことができる。この抵
抗要素は、直ちに多数秒にわたって数倍だけ増加した定
格電流も導くことができる。なぜなら、比較的厚い電極
は、抵抗要素に発生した電熱を暫時受け入れることがで
きるからである。これに対して、短絡電流が発生する
と、抵抗要素の温度が、特に銀めっきした銅からなる電
極の非常に薄い表面層において非常に急速に上がり、そ
してこの層に存在するポリエチレンが溶融する。これに
より、抵抗要素の抵抗が飛躍的に高まりそして一ミリセ
コンドよりわずかな時間でその初期値の約30倍になる。
それにより、短絡電流は著しく減らされて、今や抵抗要
素に対し直列に接続されたわずかな短絡切替え容量の遮
断器で切ることができる。
【発明が解決しようとする課題】本発明は、請求項1に
記載されているように、短絡電流が永久的に制限できる
冒頭に述べた種類の電気的抵抗要素を提供することを課
題の基礎としている。同時に、本発明の課題は、少なく
とも500 V の定格電圧用の電流制限器におけるこの抵抗
要素の使用でもある。
記載されているように、短絡電流が永久的に制限できる
冒頭に述べた種類の電気的抵抗要素を提供することを課
題の基礎としている。同時に、本発明の課題は、少なく
とも500 V の定格電圧用の電流制限器におけるこの抵抗
要素の使用でもある。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明による電気的抵抗
要素では、抵抗本体が、完全にまたは少なくとも、表面
層に対し平行に延びていてかつその容積の大部分を占め
る領域に、ポリマーマトリックスに埋め込まれた第二の
充填材成分を有し、第二の充填材成分は、次のようにす
なわち、ポリマーマトリックス、第二の充填材成分なら
びに場合によっては第一の充填材成分も含む複合材料
が、表面層に対し少なくとも一つの大きさの等級だけ高
いジャンプ挙動を有するPTC挙動を有するように選択さ
れ、同時にこの複合材料は、ポリマーマトリックスおよ
び第一の充填材成分により形成された比較複合材料より
少なくとも一つの大きさの等級だけ小さい特別な抵抗を
有する。
要素では、抵抗本体が、完全にまたは少なくとも、表面
層に対し平行に延びていてかつその容積の大部分を占め
る領域に、ポリマーマトリックスに埋め込まれた第二の
充填材成分を有し、第二の充填材成分は、次のようにす
なわち、ポリマーマトリックス、第二の充填材成分なら
びに場合によっては第一の充填材成分も含む複合材料
が、表面層に対し少なくとも一つの大きさの等級だけ高
いジャンプ挙動を有するPTC挙動を有するように選択さ
れ、同時にこの複合材料は、ポリマーマトリックスおよ
び第一の充填材成分により形成された比較複合材料より
少なくとも一つの大きさの等級だけ小さい特別な抵抗を
有する。
【0004】本発明による電気的抵抗要素は、ポリマー
マトリックスと適当な充填材のような市場で入手可能な
成分で簡単なかつ価格上好都合な仕方で作ることができ
る。低い抵抗状態において公知技術による抵抗要素より
いっそう小さい特別な抵抗を有し、それ故幾何学的寸法
が同じ場合にいっそう大きな定格電流を導くことができ
る。加えて、そのような抵抗要素は、ほぼ抵抗要素と直
列に接続された切替え装置のような、付加的な保護回路
なしでも短絡電流を切ることができる。
マトリックスと適当な充填材のような市場で入手可能な
成分で簡単なかつ価格上好都合な仕方で作ることができ
る。低い抵抗状態において公知技術による抵抗要素より
いっそう小さい特別な抵抗を有し、それ故幾何学的寸法
が同じ場合にいっそう大きな定格電流を導くことができ
る。加えて、そのような抵抗要素は、ほぼ抵抗要素と直
列に接続された切替え装置のような、付加的な保護回路
なしでも短絡電流を切ることができる。
【0005】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例により詳細
に説明する。全ての図において、同じ参照数字は同じ作
用をする部品を示す。図1〜3に示した抵抗要素10
は、二つの板状の中実の、銅を含有した、PTC 挙動を有
する電極1、2を有する。転位温度TC の下では、この
抵抗要素10はわずかな特別な低温抵抗を有しかつ電流
制限器に組み込み後両電極1、2の間を延びていてかつ
正常の場合に定格電流を導く路を形成する。転位温度T
C の上では、抵抗要素10は飛躍的にその導電率を変え
かつその特別な常温抵抗と比較して大きい特別な高温抵
抗を有する。抵抗本体3は、好ましくは熱硬化性プラス
チックまたは熱可塑性プラスチックまたはエラストマー
を含むポリマーマトリックスにより形成される。この典
型的にはポリエチレンからなるマトリックスには、導電
性の粒子により形成された二つの充填材成分が埋め込ま
れている。
に説明する。全ての図において、同じ参照数字は同じ作
用をする部品を示す。図1〜3に示した抵抗要素10
は、二つの板状の中実の、銅を含有した、PTC 挙動を有
する電極1、2を有する。転位温度TC の下では、この
抵抗要素10はわずかな特別な低温抵抗を有しかつ電流
制限器に組み込み後両電極1、2の間を延びていてかつ
正常の場合に定格電流を導く路を形成する。転位温度T
C の上では、抵抗要素10は飛躍的にその導電率を変え
かつその特別な常温抵抗と比較して大きい特別な高温抵
抗を有する。抵抗本体3は、好ましくは熱硬化性プラス
チックまたは熱可塑性プラスチックまたはエラストマー
を含むポリマーマトリックスにより形成される。この典
型的にはポリエチレンからなるマトリックスには、導電
性の粒子により形成された二つの充填材成分が埋め込ま
れている。
【0006】第一のこの充填材成分は、抵抗要素10に
おいて、短絡電流が発生すると形成される表面層のゆえ
に、従来技術から知られた飛躍的な抵抗変化する特に炭
素のような材料である。
おいて、短絡電流が発生すると形成される表面層のゆえ
に、従来技術から知られた飛躍的な抵抗変化する特に炭
素のような材料である。
【0007】第二のこの充填材成分は、ポリマーマトリ
ックス、第二の充填材成分ならびに場合によっては第一
の充填材成分を含む複合材料が、表面層に対して少なく
とも一つの大きさの等級だけ高い抵抗のジャンプ挙動を
もつPTC 挙動を有するように選択される。同時に、前記
の複合材料は、少なくとも一つの大きさの等級だけ小さ
い特別な抵抗を、充填材と同じ量の場合にポリマーマト
リックスと第一の充填材成分により形成された比較複合
材料として有する。第二の充填材成分は、それぞれ他の
元素が組みこまれていないまたは組みこまれた態様で、
Ag, Au, Ni, Pdおよび/ またはPtのような金属、および
/ またはSiC, TiC, TiB2, MoSi2, WSi2,RuO2 またはV2O
3のような硼化物、珪化物、酸化物および/ または炭化
物であることができる。充填材割り分は高く選択されか
つ例えば30と50容積パーセントになることができる。
ックス、第二の充填材成分ならびに場合によっては第一
の充填材成分を含む複合材料が、表面層に対して少なく
とも一つの大きさの等級だけ高い抵抗のジャンプ挙動を
もつPTC 挙動を有するように選択される。同時に、前記
の複合材料は、少なくとも一つの大きさの等級だけ小さ
い特別な抵抗を、充填材と同じ量の場合にポリマーマト
リックスと第一の充填材成分により形成された比較複合
材料として有する。第二の充填材成分は、それぞれ他の
元素が組みこまれていないまたは組みこまれた態様で、
Ag, Au, Ni, Pdおよび/ またはPtのような金属、および
/ またはSiC, TiC, TiB2, MoSi2, WSi2,RuO2 またはV2O
3のような硼化物、珪化物、酸化物および/ または炭化
物であることができる。充填材割り分は高く選択されか
つ例えば30と50容積パーセントになることができる。
【0008】第一の充填材成分の粒子の大きさは典型的
には1 μm までになり、第二の充填材成分は典型的には
1 と100 μm の間になる。第一の充填材成分の粒子の平
均の大きさは少なくとも一つの大きさの等級だけ第二の
充填材成分の粒子の平均の大きさより小さいことによ
り、第一の充填材成分の粒子が第二の充填材成分の粒子
の間の間隙に配置される。したがって、第二の充填材成
分は、作用温度において、高い定格電流負荷容量に必要
な浸透する多数の流路を形成することができる。しかし
ながら、同時に、抵抗本体の表面近くの範囲にも電流を
制限する表面層を形成するのに充分な第一の充填材成分
の量が存在する。
には1 μm までになり、第二の充填材成分は典型的には
1 と100 μm の間になる。第一の充填材成分の粒子の平
均の大きさは少なくとも一つの大きさの等級だけ第二の
充填材成分の粒子の平均の大きさより小さいことによ
り、第一の充填材成分の粒子が第二の充填材成分の粒子
の間の間隙に配置される。したがって、第二の充填材成
分は、作用温度において、高い定格電流負荷容量に必要
な浸透する多数の流路を形成することができる。しかし
ながら、同時に、抵抗本体の表面近くの範囲にも電流を
制限する表面層を形成するのに充分な第一の充填材成分
の量が存在する。
【0009】本発明による抵抗要素10を作るために、
剪断ミキサでまたは押出機で第一および第二の充填材成
分、有利にはカーボンブラックと二硼化チタン(TiB2)
を、特にポリエチレンのようなポリマーに混入する。こ
の複合物は、熱可塑性プラスチックの場合は熱プレスす
ることにより、およびエポキシドの場合には流し込みお
よび引き続く硬化により高温で板状の抵抗本体3に成形
される。平らに形成された電極1、2が、ばね圧により
常時抵抗本体の端面に押圧される。
剪断ミキサでまたは押出機で第一および第二の充填材成
分、有利にはカーボンブラックと二硼化チタン(TiB2)
を、特にポリエチレンのようなポリマーに混入する。こ
の複合物は、熱可塑性プラスチックの場合は熱プレスす
ることにより、およびエポキシドの場合には流し込みお
よび引き続く硬化により高温で板状の抵抗本体3に成形
される。平らに形成された電極1、2が、ばね圧により
常時抵抗本体の端面に押圧される。
【0010】正常の作用では、抵抗要素10の抵抗本体
3に設けられた第二の充填材が、比較可能な量でしかも
もっぱら第一の充填材成分で充填された公知技術による
抵抗要素よりも一つの大きさの等級だけいっそう小さい
特別な抵抗を有する、抵抗本体3を通り抜ける低い抵抗
の流路を形成する。それ故、公知技術による比較可能な
寸法決めされた抵抗要素に対して、そのような抵抗要素
10は実質的に増加した定格電流負荷容量を有する。
3に設けられた第二の充填材が、比較可能な量でしかも
もっぱら第一の充填材成分で充填された公知技術による
抵抗要素よりも一つの大きさの等級だけいっそう小さい
特別な抵抗を有する、抵抗本体3を通り抜ける低い抵抗
の流路を形成する。それ故、公知技術による比較可能な
寸法決めされた抵抗要素に対して、そのような抵抗要素
10は実質的に増加した定格電流負荷容量を有する。
【0011】抵抗本体3の形成された部分の温度が転位
温度Tc を越えるとすぐに、抵抗本体の抵抗が飛躍的に
いっそう多くの大きさの等級だけ高くなりかつ表面層の
電気的および熱的な負荷を軽減しながら短絡電流を永続
的に制限する。今や、短絡電流が切られる。それから、
抵抗要素10が冷却され、そして今や再び定格電流を導
くことができる。
温度Tc を越えるとすぐに、抵抗本体の抵抗が飛躍的に
いっそう多くの大きさの等級だけ高くなりかつ表面層の
電気的および熱的な負荷を軽減しながら短絡電流を永続
的に制限する。今や、短絡電流が切られる。それから、
抵抗要素10が冷却され、そして今や再び定格電流を導
くことができる。
【0012】抵抗要素10のこの特性は、前述したよう
に適当に測定されかつ寸法決めされた充填材成分をポリ
マーに混合することにより達成される。しかしながら、
図1〜3に示したように、抵抗本体3の端面のうちの少
なくとも一つを、第一の充填材成分で充填された薄いポ
リマーマトリックスの層4により形成することによって
も達成できる。この層4を作るには、カーボンブラック
を、充填材のないまたはすでに特にTiB2のような第二の
充填材成分で満たされたポリマーマトリックスに拡散す
るかまたは押し込むこめばよい。層4はできるだけ薄く
なければならないが、それにもかかわらず必要な数の短
絡動作を克服するために充分厚くなければならない。典
型的には、層4の厚さは数μm になる。
に適当に測定されかつ寸法決めされた充填材成分をポリ
マーに混合することにより達成される。しかしながら、
図1〜3に示したように、抵抗本体3の端面のうちの少
なくとも一つを、第一の充填材成分で充填された薄いポ
リマーマトリックスの層4により形成することによって
も達成できる。この層4を作るには、カーボンブラック
を、充填材のないまたはすでに特にTiB2のような第二の
充填材成分で満たされたポリマーマトリックスに拡散す
るかまたは押し込むこめばよい。層4はできるだけ薄く
なければならないが、それにもかかわらず必要な数の短
絡動作を克服するために充分厚くなければならない。典
型的には、層4の厚さは数μm になる。
【0013】ポリマーマトリックスには、第二の充填材
成分を一様に分配することができる。しかしながら、第
二の充填材成分の濃度は抵抗本体の中央から電極1およ
び/または2に向かって徐々に減少することもできる。
それによって、特別に流し込まれた限界面41が、層4
と、第二の充填材成分のみを加えた抵抗本体3の形成さ
れた層との間に達成される。
成分を一様に分配することができる。しかしながら、第
二の充填材成分の濃度は抵抗本体の中央から電極1およ
び/または2に向かって徐々に減少することもできる。
それによって、特別に流し込まれた限界面41が、層4
と、第二の充填材成分のみを加えた抵抗本体3の形成さ
れた層との間に達成される。
【0014】図1から明らかなように、図2による実施
態様との相違において、電極2と接触した抵抗本体3の
端面も、第一の充填材成分で満たされた薄い層として形
成することができる。この層には参照数字5を付けてあ
る。このような抵抗要素は、なるほど定格電流動作のと
きに図2による抵抗要素より若干大きい抵抗を有する
が、短絡電流が発生したときには、互いに直列に接続さ
れた、電流を制限する二つの表面層を形成する。
態様との相違において、電極2と接触した抵抗本体3の
端面も、第一の充填材成分で満たされた薄い層として形
成することができる。この層には参照数字5を付けてあ
る。このような抵抗要素は、なるほど定格電流動作のと
きに図2による抵抗要素より若干大きい抵抗を有する
が、短絡電流が発生したときには、互いに直列に接続さ
れた、電流を制限する二つの表面層を形成する。
【0015】層5と、第二の充填材成分を加えた層との
間に設けられた限界層51と限界層41とは、金属格子
および/または平たい金属被覆を含む。これにより、抵
抗本体3の個々の層の一様な電界負荷が容易になる。
間に設けられた限界層51と限界層41とは、金属格子
および/または平たい金属被覆を含む。これにより、抵
抗本体3の個々の層の一様な電界負荷が容易になる。
【0016】図3による抵抗要素の実施態様において、
層4と5が中断部6を有し、これらの中断部6は、もっ
ぱら第二の充填材成分を含有するポリマーで満たされて
いる。このような抵抗要素は、図1による抵抗要素に対
し増加した定格電流負荷容量が際立っている。この場
合、層4と5は、第一の充填材成分および場合によって
は第二の充填材成分も含む範囲7からなり、これらの範
囲7は第一に表面層を形成するためのプラズマの発生に
役立つ。
層4と5が中断部6を有し、これらの中断部6は、もっ
ぱら第二の充填材成分を含有するポリマーで満たされて
いる。このような抵抗要素は、図1による抵抗要素に対
し増加した定格電流負荷容量が際立っている。この場
合、層4と5は、第一の充填材成分および場合によって
は第二の充填材成分も含む範囲7からなり、これらの範
囲7は第一に表面層を形成するためのプラズマの発生に
役立つ。
【0017】図3から明らかなように、抵抗本体3と反
対側の電極1、2の面は冷却リブ8を担持することがで
きる。冷却リブ8の代わりに、各電極1、2は任意の他
の冷却体、例えば液体冷却装置を担持することもでき
る。両方の電極1、2のうちの少なくとも一つの電極の
外面と連結されたそのような冷却体により、熱放出が増
加する結果として定格電流負荷容量を付加的に高めるこ
とができる。
対側の電極1、2の面は冷却リブ8を担持することがで
きる。冷却リブ8の代わりに、各電極1、2は任意の他
の冷却体、例えば液体冷却装置を担持することもでき
る。両方の電極1、2のうちの少なくとも一つの電極の
外面と連結されたそのような冷却体により、熱放出が増
加する結果として定格電流負荷容量を付加的に高めるこ
とができる。
【0018】図3の電極2に示されているように、電極
と冷却体、例えば冷却リブ8との間に、電気的に絶縁す
るが熱的に伝導性の良い材料からなる中間層9を配置す
ることができ、この材料は抵抗要素10と冷却体の間の
ポテンシャル散乱に役立つ。この層は、酸化アルミニュ
ーム、窒化アルミニュームおよび/または窒化硼素のよ
うな充填材で充填されたシリコンフィルムまたはセラミ
ック板により、多分Al 2O3 またはAlN の基礎として形成
することができる。
と冷却体、例えば冷却リブ8との間に、電気的に絶縁す
るが熱的に伝導性の良い材料からなる中間層9を配置す
ることができ、この材料は抵抗要素10と冷却体の間の
ポテンシャル散乱に役立つ。この層は、酸化アルミニュ
ーム、窒化アルミニュームおよび/または窒化硼素のよ
うな充填材で充填されたシリコンフィルムまたはセラミ
ック板により、多分Al 2O3 またはAlN の基礎として形成
することができる。
【0019】図4には、1.5 kVまでの定格電圧に使用可
能な電流制限器が示されており、この電流制限器には、
上記の実施態様により形成されかつ互いに直列に接続さ
れた抵抗要素10が用いられている。三つの抵抗要素1
0の代わりに、もっぱら二つの、場合によっては四つ以
上の抵抗要素を用いることもできる。これらの抵抗要素
の電極1、2は延長部1、12を有する。両方の電極
1、2の両延長部11と12の間には、それぞれ二つの
弾力性のある接触要素13を用いて抵抗14が弾力をも
って保持されている。この抵抗は線形の電圧特性を有す
ることができるが、有利には金属酸化物を基礎とする非
線形の、電圧に依存する抵抗である。
能な電流制限器が示されており、この電流制限器には、
上記の実施態様により形成されかつ互いに直列に接続さ
れた抵抗要素10が用いられている。三つの抵抗要素1
0の代わりに、もっぱら二つの、場合によっては四つ以
上の抵抗要素を用いることもできる。これらの抵抗要素
の電極1、2は延長部1、12を有する。両方の電極
1、2の両延長部11と12の間には、それぞれ二つの
弾力性のある接触要素13を用いて抵抗14が弾力をも
って保持されている。この抵抗は線形の電圧特性を有す
ることができるが、有利には金属酸化物を基礎とする非
線形の、電圧に依存する抵抗である。
【0020】両電極1、2と、抵抗本体3と、これに平
行に接続された抵抗14と、両方の弾力性のある接触要
素13とは、電流を制限する電圧制御される電流制限器
の構造要素15を形成しており、これらの構成要素15
は最高500Vまでの定格電圧に用いることができる。三つ
のそのような構成要素の図4に記載された直列接続にお
いて、電流制限器の1.5 kVまでの定格電圧を印加するこ
とができる。連続する構成要素15の電極1、2の間に
は、抵抗本体3の範囲にばね要素16が設けられ、これ
らのばね要素16は電極1、2に圧縮力で作用し、した
がって室温では定格電流の場合に定格電圧Iのための確
実な流路を確保する。抵抗本体3は絶縁物質ハウジング
17に収納されている。電極1、2の延長部11、12
は絶縁物質ハウジング17の壁を通って導かれかつハウ
ジングの外方に抵抗14を保持している。絶縁材料から
なる抵抗本体3の縁終端部は、参照数字18で示してあ
る。
行に接続された抵抗14と、両方の弾力性のある接触要
素13とは、電流を制限する電圧制御される電流制限器
の構造要素15を形成しており、これらの構成要素15
は最高500Vまでの定格電圧に用いることができる。三つ
のそのような構成要素の図4に記載された直列接続にお
いて、電流制限器の1.5 kVまでの定格電圧を印加するこ
とができる。連続する構成要素15の電極1、2の間に
は、抵抗本体3の範囲にばね要素16が設けられ、これ
らのばね要素16は電極1、2に圧縮力で作用し、した
がって室温では定格電流の場合に定格電圧Iのための確
実な流路を確保する。抵抗本体3は絶縁物質ハウジング
17に収納されている。電極1、2の延長部11、12
は絶縁物質ハウジング17の壁を通って導かれかつハウ
ジングの外方に抵抗14を保持している。絶縁材料から
なる抵抗本体3の縁終端部は、参照数字18で示してあ
る。
【0021】この電流制限器において、電流はまず、上
方電極1の延長部11、三つの抵抗要素10の直列接続
部および下方電極2の延長部12により形成された流路
に流れる。短絡電流が発生すると、抵抗要素10のうち
の一つが第一に接続する。そのとき、これにおよび並列
接続された抵抗14に1.5kV の全部の系電圧が印加す
る。抵抗14は、この電圧のときに導電状態になり、高
い電圧が抵抗要素10を介して減少しそしてこれが破壊
前に保護されるように寸法決めされている。今や、両方
の他の抵抗要素10のもう一つの別の抵抗が接続する。
今や、電圧は三つの抵抗要素10のうちの二つを介して
分配される。抵抗要素10の寸法が適当な場合には、一
時的に充分に有効な系電圧により両方の電流を通された
抵抗要素の過負荷を恐れることはない。今や減少した電
圧で負荷された抵抗14は非導電状態に移行する。電流
制限器は今や短絡電流を最終的に切る。
方電極1の延長部11、三つの抵抗要素10の直列接続
部および下方電極2の延長部12により形成された流路
に流れる。短絡電流が発生すると、抵抗要素10のうち
の一つが第一に接続する。そのとき、これにおよび並列
接続された抵抗14に1.5kV の全部の系電圧が印加す
る。抵抗14は、この電圧のときに導電状態になり、高
い電圧が抵抗要素10を介して減少しそしてこれが破壊
前に保護されるように寸法決めされている。今や、両方
の他の抵抗要素10のもう一つの別の抵抗が接続する。
今や、電圧は三つの抵抗要素10のうちの二つを介して
分配される。抵抗要素10の寸法が適当な場合には、一
時的に充分に有効な系電圧により両方の電流を通された
抵抗要素の過負荷を恐れることはない。今や減少した電
圧で負荷された抵抗14は非導電状態に移行する。電流
制限器は今や短絡電流を最終的に切る。
【0022】抵抗要素10で電流制限する場合に、放出
された特別なカーボンブラックを含む粒子が、絶縁物質
ハウジング17によりおよび/または場合によって設け
られた縁終端部18により非線形の、電圧に依存する抵
抗要素14から遠ざけておかれる。
された特別なカーボンブラックを含む粒子が、絶縁物質
ハウジング17によりおよび/または場合によって設け
られた縁終端部18により非線形の、電圧に依存する抵
抗要素14から遠ざけておかれる。
【0023】抵抗14が段階をなして例えば90°と180
°だけ互いにずらして配置される場合に、特に空間を節
約する電流制限器の構成が達成される。電極1、2およ
び中間絶縁部を適当に形成すると、電流を制限する抵抗
要素10と抵抗14を上下に配置することもできる。そ
のとき、電流制限器は特別容易に操作可能な、柱状の構
造を有する。
°だけ互いにずらして配置される場合に、特に空間を節
約する電流制限器の構成が達成される。電極1、2およ
び中間絶縁部を適当に形成すると、電流を制限する抵抗
要素10と抵抗14を上下に配置することもできる。そ
のとき、電流制限器は特別容易に操作可能な、柱状の構
造を有する。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
短絡電流を永久的に制限できる。また、ポリマーマトリ
ックスと適当な充填材のような市場で入手可能な成分で
簡単なかつ価格上好都合な仕方で作ることができる。低
い抵抗状態において公知技術による抵抗要素よりいっそ
う小さい特別な抵抗を有し、それ故幾何学的寸法が同じ
場合にいっそう大きな抵抗要素を導くことができる。加
えて、そのような抵抗要素は、ほぼ抵抗要素と直列に接
続された切替え装置のような、付加的な保護回路なしで
も短絡電流を切ることができる。
短絡電流を永久的に制限できる。また、ポリマーマトリ
ックスと適当な充填材のような市場で入手可能な成分で
簡単なかつ価格上好都合な仕方で作ることができる。低
い抵抗状態において公知技術による抵抗要素よりいっそ
う小さい特別な抵抗を有し、それ故幾何学的寸法が同じ
場合にいっそう大きな抵抗要素を導くことができる。加
えて、そのような抵抗要素は、ほぼ抵抗要素と直列に接
続された切替え装置のような、付加的な保護回路なしで
も短絡電流を切ることができる。
【図1】本発明による電気的抵抗要素の第一の実施態様
の一部を断面した平面図である。
の一部を断面した平面図である。
【図2】本発明による電気的抵抗要素の第二の実施態様
の一部を断面した平面図である。
の一部を断面した平面図である。
【図3】本発明による電気的抵抗要素の第三の実施態様
を断面した平面図である。
を断面した平面図である。
【図4】1.5 kVの定格電圧のために設けられた電流制限
器を断面して示す平面図であり、この電流制限器には本
発明による抵抗要素が組み込まれている。
器を断面して示す平面図であり、この電流制限器には本
発明による抵抗要素が組み込まれている。
1,2 電極 1 第一の電極 2 第二の電極 3 抵抗本体 4 導電性の第一の層 5 第三の層 8 冷却体 9 中間層 10 抵抗要素 14 抵抗 15 構成要素 17 絶縁物質ハウジング 41,51 限界層
Claims (14)
- 【請求項1】 平面平行な、圧力作用される二つの電極
(1,2) の間に配置された、PTC 挙動を有する少なくとも
一つのポリマーマトリックスからなる抵抗本体(3) と、
ポリマーマトリックスに埋め込まれた導電性の粒子から
なる少なくとも一つの第一の充填材成分とを有し、短絡
電流が発生すると、抵抗本体(3) の特別な抵抗が、少な
くとも、両電極(1,2) のうちの第一の電極(1) に載って
いる表面層において温度限界値の上方で飛躍的に増加す
るようになっている、電流を制限する抵抗要素(1) にお
いて、抵抗本体(3) が、完全にまたは少なくとも、表面
層に対し平行に延びていてかつその容積の大部分を占め
る領域に、ポリマーマトリックスに埋め込まれた第二の
充填材成分を有し、第二の充填材成分は、次のようにす
なわち、ポリマーマトリックス、第二の充填材成分なら
びに場合によっては第一の充填材成分も含む複合材料
が、表面層に対し少なくとも一つの大きさの等級だけ高
いジャンプ挙動を有するPTC挙動を有するように選択さ
れ、同時にこの複合材料は、ポリマーマトリックスおよ
び第一の充填材成分により形成された比較複合材料より
少なくとも一つの大きさの等級だけ小さい特別な抵抗を
有することを特徴とする抵抗要素。 - 【請求項2】 第一および第二の充填材成分がポリマー
マトリックスに一様に分配されることを特徴とする請求
項1の抵抗要素。 - 【請求項3】 ポリマーマトリックスにおける第二の充
填材成分の濃度が抵抗本体(3) の中央から第一の電極
(1) に向かって減少していることを特徴とする請求項1
の抵抗要素。 - 【請求項4】 第一の充填材成分の粒子の平均的な大き
さが、第二の充填材成分の粒子の平均的な大きさより少
なくとも一つの大きさの等級だけ小さいことを特徴とす
る請求項2または請求項3の抵抗要素。 - 【請求項5】 抵抗本体(3) は、電極に対し平行に延び
ている少なくとも二つの異なる導電性の層(4) を有し、
そのうち両層のうちの一方の第一の層(4) が第一の電極
(1) と接触し、両層のうちの第二の層が第一の層(4) よ
りいっそう小さい特別な抵抗を有し、かつ第一の層(4)
とおよび対抗して配置された側で、両電極(1,2) のうち
の第二の電極(2) とまたは第一の層(4) と比較可能な第
三の層(5) と接触していることを特徴とする請求項1の
抵抗要素。 - 【請求項6】 第一の層(4) と場合によっては設けられ
た第三の層(5) とが、第一の充填材成分とポリマーマト
リックスによりまたは第一および第二の充填材成分とポ
リマーマトリックスからなる混合物により形成された複
合材料であることを特徴とする請求項5の抵抗要素。 - 【請求項7】 第一の層(4) および第二の層によりなら
びに第二の層および場合によって設けられる第三の層
(5) により形成された限界層(41,51) が金属格子および
/ または平たい金属被覆を含むことを特徴とする請求項
1または請求項6の抵抗要素。 - 【請求項8】 第一の層(4) および場合によっては設け
られる第三の層(5)が第二の層により充填された中断部
を有することを特徴とする請求項7の抵抗要素。 - 【請求項9】 両方の電極(1,2) のうちの少なくとも一
つが冷却体( 冷却リブ8)と結合されることを特徴とする
請求項1から8までのうちのいずれか一つによる抵抗要
素。 - 【請求項10】 電極(1,2) と冷却体(8) の間に、高い
熱伝導性を有する電気的に絶縁する中間層(9) が配置さ
れることを特徴とする請求項9の抵抗要素。 - 【請求項11】 ポリマーマトリックスが、特別なポリ
エチレンのような熱可塑性プラスチック、第一の充填材
成分の炭素および第二の充填材成分の二硼化チタンを含
有することを特徴とする請求項1から10までのうちの
いずれか一つによる抵抗要素。 - 【請求項12】 抵抗要素(10)およびこれに対し並列に
接続された、好ましくは非線形の、電圧に依存する抵抗
(14)を含む少なくとも一つの構成要素(15)を有する電流
制限器における請求項1の抵抗要素の使用において、少
なくとも二つの直列に接続された構成要素(14)が設けら
れることを特徴とする抵抗要素の使用。 - 【請求項13】 抵抗本体(3) と抵抗(14)の間に、抵抗
要素(10)または抵抗(14)を包囲する絶縁物質ハウジング
(17)の壁が配置されていることを特徴とする請求項12
の抵抗要素の使用。 - 【請求項14】 抵抗要素(10)の電極(1,2) が絶縁物質
ハウジング(17)の壁を通って導かれていることを特徴と
する請求項13の抵抗要素の使用。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE93113545:3 | 1993-08-25 | ||
| EP93113545A EP0640995B1 (de) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | Elektrisches Widerstandselement und Verwendung dieses Widerstandselementes in einem Strombegrenzer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07153604A true JPH07153604A (ja) | 1995-06-16 |
Family
ID=8213204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6199857A Withdrawn JPH07153604A (ja) | 1993-08-25 | 1994-08-24 | 電気的抵抗要素と電流制限器におけるこの抵抗要素の使用 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5602520A (ja) |
| EP (1) | EP0640995B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07153604A (ja) |
| CA (1) | CA2130622A1 (ja) |
| DE (1) | DE59306823D1 (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE515262C2 (sv) * | 1995-02-16 | 2001-07-09 | Abb Research Ltd | Anordning för strömbegränsning och skydd mot kortslutningsströmmar i en elektrisk anläggning |
| FR2731838B1 (fr) * | 1995-03-16 | 1997-06-06 | Schneider Electric Sa | Appareil electrique de protection differentielle a circuit test |
| DE19525692A1 (de) * | 1995-07-14 | 1997-01-16 | Abb Research Ltd | Elektrisch und thermisch leitfähiger Kunststoff und Verwendung dieses Kunststoffs |
| US5614881A (en) * | 1995-08-11 | 1997-03-25 | General Electric Company | Current limiting device |
| JPH09162004A (ja) * | 1995-12-13 | 1997-06-20 | Murata Mfg Co Ltd | 正特性サーミスタ素子 |
| DE19641727A1 (de) * | 1996-10-10 | 1998-04-16 | Abb Research Ltd | Kaltleiter |
| US5841111A (en) * | 1996-12-19 | 1998-11-24 | Eaton Corporation | Low resistance electrical interface for current limiting polymers by plasma processing |
| EP0852385A1 (en) * | 1997-01-02 | 1998-07-08 | General Electric Company | Current limiting device |
| US5929744A (en) * | 1997-02-18 | 1999-07-27 | General Electric Company | Current limiting device with at least one flexible electrode |
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| CN103199491A (zh) * | 2013-02-08 | 2013-07-10 | 萧志杰 | 家庭电器已漏电、不会触电的新设计 |
| DE102017101946A1 (de) * | 2017-02-01 | 2018-08-02 | Epcos Ag | PTC-Heizer mit verringertem Einschaltstrom |
| US10446345B2 (en) | 2018-01-09 | 2019-10-15 | Littelfuse, Inc. | Reflowable thermal fuse |
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| DE3204207C2 (de) * | 1982-02-08 | 1985-05-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektrischer Widerstand mit einem keramischen PTC-Körper und Verfahren zu seiner Herstellung |
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-
1993
- 1993-08-25 EP EP93113545A patent/EP0640995B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1993-08-25 DE DE59306823T patent/DE59306823D1/de not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-08-18 US US08/291,903 patent/US5602520A/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-08-22 CA CA002130622A patent/CA2130622A1/en not_active Abandoned
- 1994-08-24 JP JP6199857A patent/JPH07153604A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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