[发明专利]自复原的电流限制元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种自复原的电流限制元件。这种电流限制元件称为“永 久电力熔断器(PPF：Permanent Power Fuse)”。

背景技术

为克制在能量分配系统的低压电网内发生短路时出现的大电流，按现 有技术使用保护元件，它在短路的情况下足够迅速地切断电路，从而既不 会在电网中也不会在耗电器中进一步形成直接或间接的破坏。

上述保护元件应能够不仅有目的地从外部引入断开过程，亦即起开关 的作用，而且在故障的情况下采取恰当的内部措施能导致自动分离。此外， 这种保护元件还应能够在排除故障后重新恢复原始状态。

尤其是，要求所述的切断和重新接通的过程能在无须采取维修措施的 情况下多次实施。在作为开关时这可以通过就地接通、通过遥控间接接通 实现，亦即作为保护装置，或通过更换一个仅能使用一次的元件实现，亦 即作为保险装置。

按现有技术，为了解决上述问题主要采用两种不同设计方案，但有时 也可以组合这两种方案，具体地说：

-机电式开关装置，

-保险装置。

机电式开关关置(简称开关)按现有技术设计为，使它们通过将触点 分离时形成的电弧排入预定区域内，例如灭弧室内，强烈地限制电流。在 那里电弧的熄灭通过冷却和分成许多前后连接的电弧进行。灭弧室必须按 可能的短路条件设计为，使得能在所有可能的工作情况下克制电弧。因此 在电网内流动的电流被限制为导通电流值，该导通电流值可以在自然的电 流过零后实现灭弧。

通常上述开关有一个用于提前识别短路的内部系统，该系统大多是热 和/或电磁式的致动器，在短路的情况下招致引发断开过程。

这种开关中灭弧室的设计对于大的额定电流和短路电流需要比较大的 主要用于麻烦地控制开关的费用，在正常工作时，亦即在工作电流导通时 是不必要的。

这些开关的优点是，在实现了短路切断后以很少的费用便可以实现使 电网和/或耗电器重新投入运行。

保险装置在电网中使用在那些在短路的情况下从属的开关装置其断流 容量可能不足以保证电网可靠断开的地方。它们的功能大多基于通过短路 电流熔断并汽化金属丝的原理，在这种情况下不得不持续地切断电流分路。 基于所述原理，保险装置原则上只能使用一次，以及，相应地在如此切断 的电路能重新投入运行前，必须用许多时间和耗费材料重新替换。在公开 出版的(专业杂志Electrica 4，1979，第85页起)“Permanentsicherung in  Niederspannungs-Leistungsschaltern”中已知一种按“Permanent Power Fuse (PPF)”原理自复原的保险装置，其中，被形状封闭地封闭的在工作温度 下液态的金属导体或金属合金，通过一种与温度有关的电阻增大造成电流 限制。

在后面还要详细说明的上述出版物的附图中，表示出了在未受影响的 情况下在50Hz的相位中电流变化过程，以及一个具体的PPF元件可达到的 电流或电压变化过程和对Permanent Power Fuse(PPF)短路电流的限制情 况及计算出的温度和内阻。由此得出在三相电网中导通电流的范围作为所 涉及的金属合金可达到的最大电阻变化的函数。

然而迄今使用的金属和与之相关的合金，汽化点(以及进而电流限制 元件的足够高的单位电阻)要在很高的温度和相应地也要在很高的压力下 才达到。由此大多超过构成这些金属容器的工业陶瓷的强度。

因此在现有技术中使用低汽化点的金属，尤其钠(Na)、钾(Ka)和它 们的混合物。当然在有故障情况下这些金属被腐蚀以及甚至可能导致引发 燃烧。因此与这种已知的“Permanent Power Fuse(PPF)”相联的是设备和 人员的高风险。此外，由US3670282A和US3909763A已知，作为液态金属 尤其采用镓-铟合金，以及一种三元合金可附加地含有锌。此外，由 US4890186A(≡FR2631752A)已知一种故障电流限制器，其中，从上述现 有技术出发，在绝缘材料构件中布设碳微粒，它们按串联和/或开联地导电 连接，通过表面层汽化产生蒸汽压力，这种蒸汽压力可使用于短时间限制 电流。

发明内容