特表 2021-516027 過電圧保護機能を含む電圧制限器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2021-516027(P2021-516027A)

(43)【公表日】2021年6月24日

(54)【発明の名称】過電圧保護機能を含む電圧制限器

(51)【国際特許分類】

   H02H 9/04 20060101AFI20210528BHJP

【ＦＩ】

   H02H9/04 B

   H02H9/04 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-548869(P2019-548869)

(86)(22)【出願日】2018年3月15日

(85)【翻訳文提出日】2019年10月4日

(86)【国際出願番号】IB2018051751

(87)【国際公開番号】WO2018167716

(87)【国際公開日】20180920

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

(71)【出願人】

【識別番号】519321155

【氏名又は名称】サルテック エス．アール．オー．

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】スヒー、ヤロミール

(72)【発明者】

【氏名】ルジッカ、ヤロスラフ

(72)【発明者】

【氏名】ボチェザ、パベル

【テーマコード（参考）】

5G013

【Ｆターム（参考）】

5G013AA01

5G013AA09

5G013BA02

5G013CB02

5G013CB05

5G013CB12

5G013DA06

5G013DA12

(57)【要約】

第１の接続点（１）を有する電気伝導性および熱伝導性の第１の接触プレート（２）によって上部が閉じられ、第２の接続点（９）を有する電気伝導性および熱伝導性の第２の接触プレート（１０）によって下部が閉じられている絶縁シェル（２６）からなる。逆方向を向いた２つのトリガ半導体要素（５、１３）と、このトリガ半導体要素と並列接続し、２つの内プレート（３、１１）の間に位置している保護部材（１７）との実施形態は、絶縁シェル（２６）の内部に位置している。半導体要素（５、１３）は、電気制御装置および接続点（１、９）と同時に相互接続される。制限器は、個々の部品をクランプして電気的に相互接続するために圧縮構造を有している。第１のトリガ半導体要素（５）は、この半導体要素の陰極（７）と接触している熱および電気伝導性の第１の内プレート（３）と、陽極（６）と接触している第１の接触プレート（２）との間に位置している。第２のトリガ半導体要素（１３）は、この半導体要素の陰極と（１５）接触している熱および電気伝導性の第２の内プレート（１１）と、陽極（１４）と接触している第２の接触プレート（１０）との間に位置している。電気制御装置は、絶縁シェル（２６）の外部または内部に位置していてよく、第１のトリガ半導体要素（５）の制御電極（８）、第１の接触プレート（２）および第１の内プレート（３）と相互接続している第１の制御装置（４）と、第２のトリガ半導体要素（１３）の制御電極（１６）、第２の接触プレート（１０）および第２の内プレート（１１）と相互接続している第２の制御装置（１２）とからなる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

過電圧保護機能を含む電圧制限器であって、第１の接続点（１）を有する電気伝導性および熱伝導性の第１の接触プレート（２）によって上部が閉じられ、第２の接続点（９）を有する電気伝導性および熱伝導性の第２の接触プレート（１０）によって下部が閉じられている絶縁シェル（２６）からなり、逆方向を向いた２つのトリガ半導体要素（５、１３）の形態が、前記絶縁シェル（２６）の内部に位置し、前記トリガ半導体要素に並列接続していて１つのバリスタまたはそれ以上のバリスタからなる保護部材（１７）、前記保護要素（１７）は、２つの内プレート（３、１１）の間に位置し、前記半導体要素（５、１３）は、補助線を介して電気制御装置および接続点（１、９）と同時に相互接続し、制限器は、個々の部品を互いにクランプして電気的に相互接続するために圧縮構造を有し、前記部品は、陰極（７）と接触している熱伝導性および電気伝導性の第１の内プレート（３）と、陽極（６）と接触している熱および電気伝導性の第１の接触プレート（２）との間に位置している前記第１のトリガ半導体要素（５）、ならびに陰極（１５）と接触している熱伝導性および電気伝導性の前記第２の内プレート（１１）と、陽極（１４）と接触している熱伝導性および電気伝導性の前記第２の接触プレート（１０）との間に位置している第２のトリガ半導体要素（１３）があり、前記第１の接触プレート（２）および前記第２の内プレート（１１）は少なくとも、前記第１の絶縁シェル（２０）によって前記第１の内プレート（３）から電気的に絶縁されてＸ軸に対して垂直に位置している２つの電気伝導性の第１のスラスト部材（１８）によって、前記第１のトリガ半導体要素（５）と前記第１の内プレート（３）および前記保護要素（１７）とを介して互いに押圧し合い、前記第１の接触プレート（２）および前記第２の内プレート（１１）は、同時に電気的に相互接続し、前記第２の接触プレート（１０）および前記第１の内プレート（３）は、第２の絶縁シェル（２１）によって前記第２の内プレート（１１）から電気的に絶縁されて前記Ｘ軸に対して垂直に位置している２つの電気伝導性の第２のスラスト部材（１９）によって、前記第２のトリガ半導体要素（１３）と前記第２の内プレート（１１）および前記保護要素（１７）とを介して互いに押圧し合い、前記第２の接触プレート（１０）および前記第１の内プレート（３）は、同時に電気結合されている
ことを特徴とする電圧制限器。

【請求項2】

前記電気制御装置は、前記絶縁シェル（２６）の外部に位置し、前記第１のトリガ半導体要素（５）の制御電極（８）、前記第１の接触プレート（２）および前記第１の内プレート（３）と相互接続している第１の制御装置（４）と、前記第２のトリガ半導体要素（１３）の制御電極（１６）、前記第２の接触プレート（１０）および前記第２の内プレート（１１）と相互接続している第２の制御装置（１２）とからなる
請求項１に記載の電圧制限器。

【請求項3】

前記電気制御装置は、前記絶縁シェル（２６）の内部に位置し、前記第１の制御装置（４）および前記第２の制御装置（１２）からなり、また、前記第１の内プレート（３）は、第１の平坦プレート（３Ａ）および、前記第１の平坦プレートの上面に載っている断面が逆Ｕ字型の第１の追加プレート（３Ｂ）とからなり、前記第１の制御装置（４）は、形成された第１の凹部（２４）に位置し、前記第１の追加プレート（３Ｂ）にある開口を貫通している第１の相互接続ピン（２２）を介して、前記第１の追加プレート（３Ｂ）と前記第１の接触プレート（２）との間に位置している前記第１のトリガ半導体要素（５）の前記制御電極（８）と相互接続し、前記補助線を介して前記第１の接触プレート（２）および前記第１の追加プレート（３Ｂ）と相互接続し、前記第２の内プレート（１１）は、前記第２の平坦プレート（１１Ａ）および、前記第２の平坦プレートの下面に接している断面がＵ字型の第２の追加プレート（１１Ｂ）とからなり、形成された第２の凹部（２５）に位置している前記第２の制御装置（１２）は、前記第２の追加プレート（１１Ｂ）にある開口を貫通している前記第２の相互接続ピン（２３）を介して、前記第２の追加プレート（１１Ｂ）と前記第２の接触プレート（１０）との間にある前記第２のトリガ半導体要素（１３）の前記制御電極（１６）と相互接続し、前記補助線を介して前記第２の接触プレート（１０）および前記第２の追加プレート（１１Ｂ）と相互接続している
請求項１に記載の電圧制限器。

【請求項4】

前記第１のトリガ半導体要素（５）および前記第２のトリガ半導体要素（１３）は、密閉されたサイリスタからなる
請求項１ないし３のいずれかに記載の電圧制限器。

【請求項5】

前記第１のトリガ半導体要素（５）および前記第２のトリガ半導体要素（１３）は、半導体チップからなる
請求項１ないし３のいずれかに記載の電圧制限器。

【請求項6】

前記絶縁シェル（２６）は、表面と前記制限器の他の部品との間の空間に充填するシーリング性かつ絶縁性の材料からなる
請求項１ないし５のいずれかに記載の電圧制限器。

【請求項7】

前記第１のスラスト部材（１８）および前記第２のスラスト部材（１９）は、スタッドボルトおよびナットからなる
請求項１ないし６のいずれかに記載の電圧制限器。

【請求項8】

前記保護要素（１７）は、前記絶縁シェル（２６）のＸ軸に直接位置し、前記第１のトリガ半導体要素（５）および前記第２のトリガ半導体要素（１３）は、前記Ｘ軸に対して互いに対称に位置している
請求項１ないし７のいずれかに記載の電圧制限器。

【請求項9】

前記第１の接触プレート（２）、第２の接触プレート（１０）、簡易で複合型の前記第１の内プレート（３）、それぞれ（３Ａ、３Ｂ）および簡易で複合型の前記第２の内プレート（１１）、それぞれ（１１Ａ、１１Ｂ）は、筒形状である
請求項１ないし８のいずれかに記載の電圧制限器。

【請求項10】

前記第１の制御装置（４）および前記第２の制御装置（１２）は、１つのユニットを形成する
請求項１ないし９のいずれかに記載の電圧制限器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本技術的解決策は、許容できない高い接触電圧が発生するのを防止し、特に鉄道すなわち旅客鉄道の駅およびき電区分所で過電圧を低減する保護装置に関する。

【0002】

保護装置は、動作中および短絡中にレール電位によって生じる許容できない電圧から保護する。保護装置は、許容電圧値を超えている時間にわたって牽引の帰線路と牽引システムの接地との間に一時的な接続をもたらす。したがって、保護装置は、これらの部分と接触する可能性のある人を保護する。

【背景技術】

【0003】

電気牽引時の接触電圧から保護する装置および電気鉄道機器に対するサージ避雷器に関する法改正により、保護装置に対する用件が全面的に変更された。一部の保護装置は、そのパラメータでは用件の一部または全体を満たせないか、あるいは技術的にあまりにも困難、すなわちコストがかかりすぎる。

【0004】

公知の解決策が米国特許第２００４２５７７４２Ａ１号（特許文献１）の「Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｍｉｔｅｒ」に記載されている。同文献には、トリガ要素に接続されたバリスタの設計が記載されており、このバリスタは、２つの非並列のサイリスタと、電位差および危険な接触電圧を監視する制御装置とからなり、関連するサイリスタを作動させることによって危険な電圧を排除する。この文献にはさらに保護装置の設計が記載されており、特に、個々の下位システムを接続して１つのユニットにすることに関するものである。構造は非対称に構成され、保護要素は、バリスタが上に位置し、制御装置が真ん中に位置し、両サイリスタが下に位置して２つのプレートの間にある。外プレートは、第１のサイリスタの陽極と接触していると同時に第２のサイリスタの陰極と接触し、第１のサイリスタの陰極および第２のサイリスタの陽極は内プレートと接触している。内プレートは、ハウジングの内部に位置し、シェルおよび内側の絶縁材によって周囲環境から絶縁されているため、外プレートと同量の熱を除去することは不可能である。この解決策の欠点は、非対称な構造になっているために一方のサイリスタの陽極の冷却が不均等になることである。その結果、サイリスタの負荷が不均等になり、それによって熱の除去がさらにできていない場合でも必要なパラメータを達成するためにより高いサイリスタのパラメータを選択する必要がある。

【0005】

別の公知の技術的解決策が特許文献に記載されている。欧州特許第１８５５３６５Ａ１号（特許文献２）の「Ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ」には、バリスタが含まれ、このバリスタには、２つのサイリスタおよび１つのトリガ回路が非並列に接続されている。トリガ回路は、電位差の発生および危険な接触電圧を監視し、関連するサイリスタを作動させることによって危険な電圧を排除する。この文献はさらに、保護装置の設計が記載されており、特に、個々の下位システムを接続して１つのユニットにすることと、個々の下位システムの取り付けプレート上の位置に関するものである。この装置は、先行する技術的解決策の欠点の一部を解消しているが、その欠点は、スペースに対する要件が厳しく、構造が複雑な点である。米国特許第２００４２５７７４２Ａ１号（特許文献１）による解決策にも関連する欠点があり、両サイリスタの陽極の冷却が不均等である。

【0006】

実用新案で保護されている技術的解決策の別の例が、チェコ国特許第２２１１５号（特許文献３）の「Ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｍｉｔｅｒ」である。この文献には、サイリスタ、トリガダイオード、ツェナーダイオード、バリスタ、抵抗器およびコンデンサなどのいくつかの要素の回路相互接続を含む２つの同一の電力半導体ブロックを非並列に設計することが可能な解決策の１つが記載されている。制限器の個々の要素の機械的構成についての具体的な設計は明記されていない。

【0007】

独国特許第４２１７２３４号（特許文献４）で知られている別の文献の「Ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｕｔ−ｏｕｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ」は、非線形抵抗およびＧＴＯサイリスタを用いてコンデンサの電圧を制限する消光コンデンサの両端に並列回路を有し、この設計の特色は、ＳｉＣを含有するサイリスタおよびバリスタである。この技術的解決策は、とりわけＳｉＣのバリスタがインパルスに対して十分な抵抗がなく、生産も使用もされていないため、現在の技術状況に適合しない要素の電気的相互接続のみに関するものである。

【0008】

さらに他の可能性のある例が、国際特許出願第９６２３３４３号（特許文献５）の「Ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ」および国際特許出願第２０１１０９８３５９号（特許文献６）の「Ｓｕｒｇｅ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋｓ」である。これらの文献に明記されている設計には、サイリスタ、バリスタおよびダイオードなどのいくつかの同一要素が含まれているが、両文献にはこれらの要素の電気的相互接続が記載されているだけで、その機械構成は記載されていない。

【0009】

さらに他の特許文献から、半導体装置のハウジングの構造を記載しているいくつかの文献に言及しなければならない。例えば米国特許第２０１３０６２７４９号（特許文献７）の「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌｅ」および欧州特許第０１５９７９７Ａ２号（特許文献８）の「Ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ」である。両文献は、第１の筒状電極プレートおよび第２の筒状電極プレートと接触している半導体チップを含む半導体モジュールの構造に関し、両プレートは、スレッドまたはねじの力によって互いに押圧し合っている。両解決策の欠点は、インパルス過電圧に対する保護要素がまったく含まれておらず、制御回路がない点である。

【0010】

技術的解決策の別の例が、チェコ国特許第２９９８８２号（特許文献９）の「Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ」に記載されている構造で、特に、埋め込んで絶縁された金属構造を電圧依存で接地することが明記されている。半導体装置は、共通ベースからなり、この共通ベースの一方の側には、非並列に配列されたシリカプレートの列が少なくとも２つあり、もう一方の側にはシート状の金属端子がある。この列は、圧縮構造のスタッドボルトによってクランプされる。この解決策の欠点は、パルス過電圧に対する保護要素または適切に機能する制御回路がまったく含まれていない点である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許第２００４２５７７４２Ａ１号

【特許文献2】欧州特許第１８５５３６５Ａ１号

【特許文献3】チェコ国特許第２２１１５号

【特許文献4】独国特許第４２１７２３４号

【特許文献5】国際特許出願第９６２３３４３号

【特許文献6】国際特許出願第２０１１０９８３５９号

【特許文献7】米国特許第２０１３０６２７４９号

【特許文献8】欧州特許第０１５９７９７Ａ２号

【特許文献9】チェコ国特許第２９９８８２号

【発明の概要】

【0012】

上記の欠点は、提起する過電圧保護機能を含む電圧制限器によって解消される。本電圧制限器は、第１の接続点を有する電気伝導性および熱伝導性の第１の接触プレートによって上部が閉じられ、第２の接続点を有する電気伝導性および熱伝導性の第２の接触プレートによって下部が閉じられている筒状絶縁シェルを備えている。絶縁シェルの設計には、逆方向を向いた２つのトリガ半導体要素と、並列接続した１つ以上のバリスタからなる並列接続した保護部材とがある。保護要素は、２つの内プレートの間に位置している。トリガ半導体要素は、補助線を介して電気制御装置および接続点に接続している。制限器は、部品をクランプして電気的に相互接続するために圧縮構造を有している。新規の解決策の原則は、第１のトリガ半導体要素が、この半導体要素の陰極と接触している第１の内プレートと、陽極と接触している第１の接触プレートとの間に位置していることである。第２のトリガ半導体要素は、この半導体要素の陰極と接触している第２の内プレートと、陽極と接触している第２の接触プレートとの間に位置している。第１の接触プレートおよび第２の内プレートは、熱および電気伝導性であり、第１の絶縁シェルによって第１の内プレートから電気的に絶縁されてＸ軸に対して垂直に位置している少なくとも第１の２つのスラスト部材によって、第１のトリガ半導体要素と第１の内プレートおよび保護要素とを介して互いに押圧し合っている。それと同時に、第１の接触プレートおよび第２の内プレートは、電気的に相互接続されている。第２の接触プレートおよび第１の内プレートは、熱および電気伝導性であり、第２の絶縁シェルによって第２の内プレートから電気的に絶縁されてＸ軸に対して垂直に位置している少なくとも第２の２つのスラスト部材によって、第２のトリガ半導体要素と第２の内プレートおよび保護要素とを介して互いに押圧し合っている。それと同時に、第２の接触プレートおよび第１の内プレートは、電気的に相互接続されている。第１のおよび第２のスラスト要素は電気伝導性である。

【0013】

１つの可能な設計では、電気制御装置は、絶縁シェルの外部に位置し、第１の制御装置および第２の制御装置からなる。第１の制御装置は、第１のトリガ半導体要素の制御電極と相互接続し、補助線を介して第１の接触プレートおよび第１の内プレートと相互接続している。第２の制御装置は、第２のトリガ半導体要素の制御電極と相互接続し、補助線を介して第２の接触プレートおよび第２の内プレートと相互接続している。電気制御装置は、接続点どうしの間に許容できない電圧が発生した場合に、電圧の極性に応じて、一方のトリガ要素を切り替えて許容できない電圧を制限する。

【0014】

第２の可能な設計では、電気制御装置は、絶縁シェルの内部に位置し、第１の制御装置および第２の制御装置からなる。この場合、第１の内プレートは、第１の平坦プレートおよび、この第１の平坦プレートの上面に載っている断面が逆Ｕ字型の第１の追加プレートとからなる。第１の制御装置は、形成された第１の凹部に位置し、第１の追加プレートにある開口を貫通している第１の相互接続ピンを介して、第１の追加プレートと第１の接触プレートとの間に位置する第１のトリガ半導体要素の制御電極と相互接続し、補助線を介して第１の接触プレートおよび第１の追加プレートと相互接続している。第２の内プレートは、第２の平坦プレートおよび、この第２の平坦プレートの下面に接している断面が逆Ｕ字型の第２の追加プレートとからなる。形成された第２の凹部に位置している第２の制御装置は、第２の追加プレートにある開口を貫通している第２の相互接続ピンを介して、第２の追加プレートと第２の接触プレートとの間に位置する第２のトリガ半導体要素の制御電極と相互接続し、補助線を介して第２の接触プレートおよび第２の追加プレートと相互接続している。

【0015】

第１のトリガ半導体要素および第２のトリガ半導体要素は、密閉されたサイリスタまたは半導体チップからなる。

【0016】

有利には、絶縁シェルは、表面と制限器の他の部品との間の空間に充填するシーリング性かつ絶縁性の材料を含む。

【0017】

１つの可能な実施形態では、第１のスラスト要素および第２のスラスト要素は、スタッドボルトとナットからなり、電気伝導性である。

【0018】

有利な実施形態では、保護要素は、絶縁シェルのＸ軸に直接位置し、第１のトリガ半導体要素および第２のトリガ半導体要素は、Ｘ軸に対して互いに対称に位置している。

【0019】

第１の接触プレート、第２の接触プレート、簡易で複合型の第１の内プレートおよび簡易で複合型の第２の内プレートが筒状であれば、それも有利である。

【0020】

上記から、特定の構成にあるトリガ半導体要素の陽極は、両方が外側接触プレート、すなわち第１の接触プレート、第２の接触プレートにそれぞれ接触していることが明らかにわかり、それによって均等な冷却を実現する、すなわちトリガ半導体要素の両方の陽極に同じ負荷を実現する。有利な設計では、構成は対称で、上および下に位置しているトリガ半導体要素と通常バリスタである保護要素がＸ軸の中央に位置し、簡易または複合型の第１の内プレートおよび簡易または複合型の第２の内プレートならびに電気伝導性スラスト要素は、接続点を含む保護要素と相互接続している。記載した均等な陽極の冷却のほか、提起した解決策により構造が簡易になり、必要な部品数が少なくなり、その結果コストが低くなる。

【0021】

電圧制限器は、低速、高速、短い、長いなど、あらゆるＤＣおよびＡＣパルスに応答する。保護要素であるバリスタは、常に最初の過電圧パルスの発生に応答し、大気現象およびトリガ現象の結果生じた過電圧作用から両方のトリガ半導体要素を保護するとともに、装置、センサ、および測定機器も保護する。しかしながら、インパルスが長時間継続するとバリスタが破損してしまう。この場合、一部のトリガ半導体要素は、およそ１ｍｓ遅延して作動する。電気制御装置は、接続点間で許容できない電圧が発生するのを常時監視し、極性に応じていずれか一方のトリガ半導体要素を作動させ、このようにして許容できない電圧を制限する。電気制御装置は、受動型であり、いかなる補助電源も必要としない。トリガ半導体要素は、電力損失が少なく、それぞれが長時間にわたって大容量の電流を恒久的に伝導できる。トリガ半導体要素を通過する電流がラッチ電流の値を下回ると、制限器が開いて高いインピーダンス状態に変わる。

【0022】

よりよく理解するために、提起した解決策による過電圧保護機能を含む電圧制限器を添付の図面を用いて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】過電圧保護機能を含む電圧制限器の配線をバイポーラ設計で示している説明図。この設計は保護の対象ではない。

【図2】制限器の１つの可能な構成の説明図

【図3】第２の可能な構成の説明図

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１によるバイポーラ設計の過電圧保護機能を含む電圧制限器は、逆方向を向いた２つのトリガ半導体要素、すなわち第１のトリガ半導体要素５および第２のトリガ半導体要素１３と、トリガ半導体要素に並列接続している保護部材１７の設計になっており、保護部材はここではバリスタからなる。インパルス抵抗を増大させるために、並列接続したバリスタをこれより多く使用してもよい。図は、トリガ半導体要素を作動させるのに使用する、第１の制御装置４と第２の制御装置１２とからなる電気制御装置も示している。

【0025】

図２は、バイポーラ設計の過電圧保護機能を含む電圧制限器の第１の可能な構成を示している。制限器は、第１の接続点１を有する電気伝導性および熱伝導性の第１の接触プレート２によって上部が閉じられている筒状絶縁シェル２６を備えている。絶縁シェル２６の下部は、第２の接続点９を有する第２の接触プレート１０で閉じられている。第１の接触プレート２および第２の接触プレート１０は、電気伝導性および熱伝導性である。トリガ半導体要素、すなわち図１による第１のトリガ半導体要素５および第２のトリガ半導体要素１３、ならびに両トリガ半導体要素に並列接続している保護部材１７は、絶縁シェル２６の内部に位置している。保護要素１７は、ここでは２つの内プレートの間、すなわち第１の内プレート３と第２の内プレート１１との間に位置している。第１のトリガ半導体要素５および第２のトリガ半導体要素１３は、密閉されたサイリスタまたは半導体チップからなるものであってよい。

【0026】

第１のトリガ半導体要素５は、この半導体要素の陰極７と接触している第１の内プレート３と、陽極６と接触している第１の接触プレート２との間に位置している。第２のトリガ半導体要素１３は、この半導体要素の陰極１５と接触している第２の内プレート１１と、陽極１４と接触している第２の接触プレート１０との間に位置している。第１の内プレート３および第２の内プレート１１は、熱および電気伝導性である。第１の接触プレート２および第２の内プレート１１は、第１の絶縁シェル２０によって第１の内プレート３から電気的に絶縁されてＸ軸に対して垂直に位置している少なくとも第１の２つの電気伝導性スラスト部材１８によって、第１のトリガ半導体要素５と第１の内プレート３および保護要素１７とを介して互いに押圧し合っていると同時に、第１の接触プレート２および第２の内プレート１１は、この３つの要素によって電気結合している。同様に、第２の接触プレート１０および第１の内プレート３はどちらも、第２の絶縁シェル２１によって第２の内プレート１１から電気的に絶縁されてＸ軸に対して垂直に位置している少なくとも第２の２つの電気伝導性スラスト部材１９によって、第２のトリガ半導体要素１３と第２の内プレート１１および保護要素１７とを介して互いに押圧し合っていると同時に、第２の接触プレート１０および第１の内プレート３は、この３つの要素によって電気結合している。第１のスラスト部材１８および第２のスラスト部材１９は、有利には、互いにクランプするように圧縮構造を形成すると同時に、制限器の関連部品との電気結合をもたらす。

【0027】

トリガ半導体要素５および１３は、補助線を介して電気制御装置と相互接続している。図２の実施形態の例では、電気制御装置は、絶縁シェル２６の外部に位置し、２つの部品、すなわち第１のトリガ半導体要素５の制御電極８、第１の接触プレート２および第１の内プレート３と相互接続している第１の制御装置４と、第２のトリガ半導体要素１３の制御電極１６、第２の接触プレート１０および第２の内プレート１１と相互接続している第２の制御装置１２とからなる。電圧制限器の外部に位置している制御装置４および１２は、１つのユニットに統合することができ、そのユニットは、適切な場所であればどこに設けてもよいが、さらに多くの技術的に有利な選択肢がある。絶縁シェル２６の表面は、シーリング性かつ絶縁性の化合物からなる。有利なモデルでは、電圧制限器の集合体を型の中に挿入し、低圧でシーリング性かつ絶縁性の化合物を充填するが、この化合物は、絶縁シェルの表面と制限器の他の部品との間の空間に充填される。ハウジングは、この処理過程で密閉される。使用できるシーリング化合物は多数あり、有利には、ポリウレタン、シリコンおよびエポキシのシーリング化合物を使用できる。

【0028】

制限器の第２の可能な実施形態を図３に示している。この解決策は、電気制御装置が制限器の内部に位置しているという点が異なるが、電気制御装置は同じく第１の制御装置４および第２の制御装置１２からなる。この理由から、第１の内プレート３は、分割されており、第１の平坦プレート３Ａおよび、この第１の平坦プレートの上面に載っている断面が逆Ｕ字型の第１の追加プレート３Ｂとからなる。第１の制御装置４は、形成された第１の凹部２４に位置している。第１の制御装置４は、第１の追加プレート３Ｂにある開口を貫通している第１の相互接続ピン２２をまたいで、第１の追加プレート３Ｂと第１の接触プレート２との間に位置する第１のトリガ半導体要素５の制御電極８と相互接続している。第１の制御装置４は、補助線を介して、有利には第１の平坦プレート３Ａおよび第２の平坦プレート１１Ａを介して第１の接続点１および第２の接続点９に相互接続されている。この解決策は、電気制御装置の位置が凹部にあることと合わせて、簡易かつ小型の構造になり、簡易な密閉が可能になる。同様に、第２の内プレート１１も分割されており、第２の平坦プレート１１Ａおよび、この第２の平坦プレートの底面に接している断面がＵ字型の第２の追加プレート１１Ｂからなる。

【0029】

第２の制御装置１２は、形成された第２の凹部２５に位置し、第２の追加プレート１１Ｂの上面を貫通している第２の相互接続ピン２３を介して、第２のトリガ半導体要素１３の制御電極１６と相互接続し、第２のトリガ半導体要素は、第２の追加プレート１１Ｂと第２の接触プレート１０との間に位置している。第２の制御装置１２は、補助線を介して、有利には第１の平坦プレート３Ａおよび第２の平坦プレート１１Ａを通って第１の接続点１および第２の接続点９を相互接続している。

【0030】

同様に、図２の構成のように、第１のスラスト部材１８および第２のスラスト部材１９は電気伝導性であり、有利には、両スラスト部材は、互いにクランプするように圧縮構造を形成すると同時に、制限器の対応する部品との電気伝導性の相互接続をもたらす。図２の構成と同じように、第１のスラスト部材１８は両方とも、第１の絶縁シェル２０を介して第１の追加プレート３Ｂから電気的に絶縁され、第２のスラスト部材１９は、第２の絶縁シェル２１を介して第２の追加プレート１１Ｂから電気的に絶縁されている。

【0031】

有利なモデルでは、第１の絶縁シェル２０および第２の絶縁シェル２１は、シーリング性および絶縁性の化合物で直接形成される。

【0032】

どちらの実施形態の例でも、第１のスラスト部材１８および第２のスラスト部材１９は、電気伝導性スタッドボルトによって仕上げられる。保護要素１７は、この場合は絶縁シェル２６のＸ軸に直接位置し、第１のトリガ半導体要素５および第２のトリガ半導体要素１３は、Ｘ軸に向かって互いに対称に位置していた。

【0033】

構造が対称であることで、トリガ半導体要素５、１３の陽極７および１４の両方が、外側接触プレート、すなわち第１の接触プレート２、第２の接触プレート１０にそれぞれ接触している状態になり、その結果、均等な冷却が確保され、それに伴いトリガ半導体要素の両方の陽極の負荷が同じになる。有利なモデルでは、電気伝導性スラスト部材１８および１９は、機械的なクランプを実現すると同時に、電圧制限器の個々の部品を電気接続する。記載した均等な陽極の冷却のほか、提起した解決策により構造が簡易になり、必要な部品数が少なくなり、その結果コストが低くなる。

【0034】

製造過程では、第１の接触プレート２、第２の接触プレート１０、簡易で複合型の第１の内プレート３である３Ａ、３Ｂのそれぞれ、および簡易で複合型の第２の内プレート１１である１１Ａ、１１Ｂのそれぞれが筒状であれば有利である。

【0035】

電圧制限器は通常、１つの接続点を介して保護対象装置に接続され、第２の接続点を介して保護接地導体に接続される。保護対象装置は、過電圧保護機能を含む電圧制限器に第１の接続点１および第２の接続点９を用いて接続され、接続点は通常、端子、ねじ、またはナット付きスタッドボルトで形成される。

【0036】

電圧制限器は、低速、高速、短い、長いなど、あらゆるＤＣおよびＡＣパルスに応答する。第１の接続点１と第２の接続点９との間で許容できない電圧が発生した場合、この電圧は、第１のスラスト部材１８と第２のスラスト部材１９の端から端まで、および第１の内プレート３と第２の内プレート１１の端から端までを通って、保護要素１７に伝達されると同時に、補助線を介して第１の制御装置４および第２の制御装置１２に伝達される。保護要素１７は、最初に応答して電圧を制限し、第１のトリガ半導体要素５もしくは第２のトリガ半導体要素１３、またはいずれかの制御装置４もしくは１２への損傷を防止する。

【0037】

許容できない電圧が正の極性を有し、１ｍｓよりも長く続く場合、第１の制御装置４が応答し、第１のトリガ半導体要素５の制御電極８を通して第１のトリガ半導体要素５を作動させ、許容できない電圧を許容閾値まで制限する。トリガ半導体要素は、電力損失が少なく、それぞれが長時間にわたって大容量の電流を恒久的に伝導できる。トリガ半導体要素を通過する電流がラッチ電流の値を下回ると、半導体要素が開いて高いインピーダンス状態に変わる。

【0038】

許容できない電圧が負の極性を有し、１ｍｓよりも長く続く場合も同様に、第２の制御装置１２が応答し、第２のトリガ半導体要素１３の制御電極１６を介して第２のトリガ半導体要素１３を作動させ、許容できない電圧を許容閾値まで制限する。

【0039】

制御装置の１ｍｓという遅延応答時間は指標値にすぎないことに注意されたい。この値および電圧制限器の他の技術的パラメータ、例えば許容できない電圧の大きさなどは、各国の規準に規定されている要件によって異なる。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本解決策による過電圧保護機能を含む電圧制限器の設計は、人、機器、機械および金属構造物を危険な接触電圧、過電圧から保護し、かつ／または迷走電流の影響から保護するのに必要な場合に使用され得る。

【0041】

電圧制限器は、動作中および短絡中にレール電位によって生じる許容できない電圧から保護し、装置への電位を平均し、その結果、起こりうる接触電圧を制限する。電圧制限器は、帰線路と接地導体との間、特に旅客鉄道の駅またはき電区分所で接続される。電圧制限器は、許容電圧値を超えている時間にわたって接地している牽引システムと帰線路との一時的な接続を実現する。したがって、電圧制限器は、これらの部品と接触するおそれのある人を保護する。

【0042】

並列接続した過電圧保護は牽引システムまたは鉄道装置に落雷した場合に誘導されたり、動作中に起こったりする高インパルスの過電圧を効果的に排除する。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】