(57)【要約】  本発明は、電源システムへ接続されることが可能なデバイスを保護するための、２つの接点間に位置決めされ、かつハウジング内に配置される少なくとも１つの可溶導体からなる、かつ接続される個々のデバイスが機能不全または過負荷状態となった場合に可溶導体を制御して切断するためのトリガデバイスからもなる、低電圧アプリケーション、具体的にはサージ保護デバイス、のためのトリガ式ヒューズに関し、前記トリガ式ヒューズでは、消弧媒体がハウジング内へ導入される。一例として、ハウジング内には、少なくとも１つの可溶導体が暴露されるように消弧媒体のない領域が形成され、かつ消弧媒体のない領域には、トリガデバイスに依存して、かつその溶断積分に関わりなく少なくとも１つの可溶導体を機械的に破壊するために、ハウジング内のアクセスポイントを介して機械的切断エレメントを導入することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源システムへ接続されることが可能なデバイスを保護するための、２つの接点間に位置決めされ、かつハウジング内に配置される少なくとも１つの可溶導体からなる、かつ接続される個々の前記デバイスが機能不全または過負荷状態となった場合に前記可溶導体を制御して切断するためのトリガデバイスからもなる、低電圧アプリケーション、具体的にはサージ保護デバイスのためのトリガ可能な溶融ヒューズであって、消弧媒体が前記ハウジング内へ導入されるトリガ可能な溶融ヒューズにおいて、
前記ハウジング（４）には、前記少なくとも１つの可溶導体（１０）が暴露されるように消弧媒体のない領域（１２）が形成され、前記ハウジング（４）におけるアクセスを介して、機械的分離エレメント（１３）は、トリガデバイスに依存して、かつその溶断積分に関わりなく前記少なくとも１つの可溶導体（１０）を機械的に破壊するために、前記消弧媒体のない領域（１２）へ導入されることを特徴とする、トリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項２】
前記分離エレメント（１３）は、ブレードまたは切断刃として形成されることを特徴とする、請求項１に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項３】
前記分離エレメントは、ブリッジイグナイタ（１４）によって前記可溶導体（１０）へ向かって駆動可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項４】
前記トリガデバイスは、検出および評価ユニット（１）、前記ブリッジイグナイタ（１４）のための制御装置（２）、エネルギー供給装置（３）、および少なくとも１つの制御入力（５；８）を呈することを特徴とする、請求項３に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項５】
供給網の電気回路内に位置決めされる電流センサ（６）が形成され、前記電流センサ（６）は、前記検出および評価ユニット（１）と連通していることを特徴とする、請求項４に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項６】
前記ブリッジイグナイタ（１４）は、エンクロージャ（１６）内に挿入され、前記エンクロージャ（１６）は、前記ブリッジイグナイタ（１４）によって駆動されるピストン（１７）を呈し、前記ピストンは、前記分離エレメント（１３）と連通していることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項７】
前記消弧媒体のない領域（１２）は、前記消弧媒体から絶縁されるチャネルとして形成されることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項８】
前記チャネルは側壁（１８）を呈し、前記側壁（１８）は前記分離エレメント（１３）を案内するように形成されることを特徴とする、請求項７に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項９】
前記トリガ可能な溶融ヒューズは、サージ保護デバイス、具体的にはバリスタ、と直列に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの可溶導体（１Ａ）は、前記分離エレメントの作用領域において少なくとも１つの追加のボトルネック（３Ａ）を呈することを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１１】
さらなるボトルネック（２Ａ）が、前記ボトルネック（３Ａ）に隣接して形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１２】
前記分離エレメントは、非導電性材料で製造される、または、非導電層もしくは非導電性コーティングを備える、ことを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１３】
追加のボトルネック（３Ｂ）の残存断面は、溶断積分値が前記ヒューズの切断積分と同一である、または切断積分より僅かに大きくなるように設計されることにより、前記追加のボトルネック（３Ａ）は、関連の短絡電流の場合に応答しないことを特徴とする、請求項１０〜１２の何れか一項に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１４】
電源システムへ接続されることが可能なデバイスを保護するための、２つの接点間に位置決めされ、かつハウジング内に配置される少なくとも１つの可溶導体からなる、かつ接続される個々の前記デバイスが機能不全または過負荷状態となった場合に前記可溶導体を制御して切断するためのトリガデバイスからもなる、低電圧アプリケーション、具体的にはサージ保護デバイス、のためのトリガ可能な溶融ヒューズであって、消弧媒体が前記ハウジング内へ導入されるトリガ可能な溶融ヒューズにおいて、
前記少なくとも１つの可溶導体は、それ自体が既知である複数の電気的ボトルネックを有し、前記複数の電気的ボトルネックは、個々のヒューズの定格負荷に合わせて設計され、少なくとも１つのさらなる追加の幾何学的ボトルネックが設けられ、前記少なくとも１つのさらなる追加の幾何学的ボトルネックは、トリガユニットが張力をかけられることに依存する破裂によって切断可能であることを特徴とする、トリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの幾何学的ボトルネックは、残存断面を有し、前記残存断面は、前記電気的ボトルネックの残存断面より小さいことを特徴とする、請求項１４に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１６】
前記トリガデバイスは、アクチュエータを制御することを特徴とする、請求項１４および１５に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【請求項１７】
前記アクチュエータは、ピストンからなり、前記ピストンの動きは、ブリッジイグナイタによってトリガされることを特徴とする、請求項１６に記載のトリガ可能な溶融ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムへ接続されることが可能なデバイスを保護するための、２つの接点間に位置決めされ、かつハウジング内に配置される少なくとも１つの可溶導体からなる、かつ接続される個々のデバイスが機能不全または過負荷状態となった場合に可溶導体を制御して切断するためのトリガデバイスからもなる低電圧アプリケーション、具体的にはサージ保護デバイス、のためのトリガ可能な溶融ヒューズに関し、前記トリガ可能な溶融ヒューズでは、消弧媒体がハウジング内へ導入される。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶融ヒューズは、ケーブルおよび電線だけでなく接続機器の過電流保護または短絡保護を保証するために、多くのアプリケーションで、かつ多くのアプリケーション事例において使用される。
【０００３】
さらに、ヒューズは、所謂分流アームにおける避雷器のバックアップ保護として使用される。この場合、短絡時の保護は、対応するヒューズが保証しなければならない。
【０００４】
供給網における回生エネルギー源の使用および統合が増加することにより、機器の設置場所では、フィードイン状況に依存して揮発性短絡値の現出が増加する。これにより、必然的に、必要とされるヒューズの溶融またはカットオフ積分は、広範囲に渡って変わらなければならない。所定の状況において、選択されるヒューズは、もはや考えられる全てのフィードイン状態下での保護を保証できなくなる可能性がある。基本的には、トリガ特性を有する回路ブレーカの使用がこの場合の代替案であるが、これらのスイッチは、ヒューズより遙かに高価であり、この点で、コストを理由に、全てのアプリケーションに適するものではない。
【０００５】
ヒューズの保護範囲の変更または設定に関して、溶融ヒューズは、その特別な特性により、基本的に、許容される設計オプションが極めて少ない。
【０００６】
ヒューズの適用範囲を適応させかつ拡大することができるように、電気ヒューズ素子の電流導体を、火工的に駆動される断路器によって切断することが既に提案されている。独国特許出願公開第４２１１０７９号明細書は、この種の解決を示し、この場合、ヒューズの電流導体を通って流れ、かつ電流検出デバイスにより検出される電流が予め規定できるしきい値より大きい強度を示すと、装填火薬が爆発する。
【０００７】
独国特許出願公開第１０２００８０４７２５６号明細書は、複数のボトルネックを破壊する剪断ロッド用の制御可能な駆動装置を備える高電圧ヒューズを開示している。したがって、制御は、別の制御ユニットからの故障電流に依存して実行され得る。
【０００８】
独国特許出願公開第１０２０１４２１５２７９号明細書は、溶融ヒューズと直列に接続される保護されるべきデバイス用の溶融ヒューズを開示している。
【０００９】
溶融ヒューズの寸法に関して、独国特許出願公開第１０２０１４２１５２７９号明細書は、溶断積分Ｉ２ｔに言及している。当該明細書によれば、可溶導体の溶融は、その材料および幾何学形状特性によって決定され、よって、可溶導体の材料および／または幾何学形状に依存して、可溶導体を蒸発させるための個々の熱量Ｑが必要である。
【００１０】
ヒューズにより保護されるべきデバイスがサージ電圧保護デバイスである場合、このサージ電圧保護デバイスは、溶融ヒューズをトリガすることなく、短時間の高電流通過を許容するものの、例えばサージ電圧保護デバイスが損傷した時点で、または電力追従電流として発生する可能性がある短い持続時間の故障電流に対しては早期に切断すべきものであることから、特別な要件が適用される。上述の要件のうちの第１は、ヒューズの高い定格電流値となる場合が多い。上述の要件のうちの第２は、低い公称電流値においてのみ合理的に実現され得る。
【００１１】
これらの問題点を考慮して、独国特許出願公開第１０２０１４２１５２７９号明細書は、溶融ヒューズを、追加の接点が提供されるようにしてさらに展開することに言及していて、この場合、追加の接点のうちの１つは、短絡の開始により可溶導体を間接的または直に溶融させるためのトリガ接点を表す。さらに、可溶導体は、さらなる接点のうちの１つの部位内に所定の破断点を有し得る。ある実施形態において、可溶導体は、少なくとも部分的に消弧媒体により、具体的には砂で、囲まれる。
【００１２】
最新技術に関しては、スイス国無審査特許第４１０１３７号明細書、米国特許第２４００４０８号明細書および国際公開第２０１４／１５８３２８号パンフレットも参照されたい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許出願公開第４２１１０７９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００８０４７２５６号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２０１４２１５２７９号明細書
【特許文献４】スイス国無審査特許第４１０１３７号明細書
【特許文献５】米国特許第２４００４０８号明細書
【特許文献６】国際公開第２０１４／１５８３２８号パンフレット
【発明の概要】
【００１４】
上記に鑑みて、本発明の目的は、電源システムへ接続されることが可能なデバイスを保護するための低電圧アプリケーション、具体的にはサージ保護デバイスのためのさらに開発されたトリガ可能な溶融ヒューズを提案することであり、この場合のヒューズは、ヒューズ定格に対する溶断積分値に加えて、必要に応じて、かつ予想される電流、具体的には短絡電流に依存して、標的化方式でトリガされてもよい。この場合は、機械的な力の影響による可溶導体のそれ自体既知である破壊が参照されるべきである。
【００１５】
トリガ、すなわち、機能不全の場合の可溶導体切断の制御は、上位の制御ユニットによって、またはヒューズがサージ電圧保護デバイスにおけるバックアップ保護として統合される場合にはサージ電圧保護デバイスによって想定されるべきである。トリガ可能な溶融ヒューズは、さらに、測定される配電線インピーダンス値に基づいてトリガすることもできなければならない。
【００１６】
作製されるべきヒューズの構成は、費用効果が高くあるべきであり、ヒューズは、高いスイッチング容量および小型設計を有するべきである。追加のボトルネックを形成するための値を特定することにより、標的化方式で設定され得るヒューズ保護特性の選択肢を実現することができる。
【００１７】
本発明の課題の解決は、独立請求項に記載の特徴により実行され、従属請求項は、少なくとも適切な構成およびさらなる展開を含む。
【００１８】
したがって、この課題を解決するために、電源システムへ接続されることが可能なデバイスを保護するための低電圧アプリケーション、具体的にはサージ保護デバイス、に特に適するトリガ可能な溶融ヒューズを参照する。溶融ヒューズは、２つの接点間に位置決めされかつハウジング内に配置される少なくとも１つの可溶導体からなる。さらに、接続される個々のデバイスが機能不全または過負荷状態となった場合に可溶導体を制御して切断するためのトリガデバイスも提供され、消弧媒体がハウジングに導入される。
【００１９】
本発明によるヒューズは、複数の直列のボトルネックを有する少なくとも１つの可溶導体をなくし、これにより、通常の電気的なＮＨヒューズの受動機能が保証される。さらに、当該ヒューズは、可溶導体毎に、ヒューズの受動機能を損なわない、かつ電流負荷とは無関係にトリガすることにより作動されることが可能な少なくとも１つの特別な追加のボトルネックを呈する。この特別なボトルネックは、はんだ接続部の機械的な破断、切断、パンチングまたはパンチアウトまたは切離しによって破壊される。
【００２０】
ある発明的理念によれば、少なくとも１つの可溶導体が少なくとも１つの部分で露出されるように、ハウジング内には、消弧媒体のない領域が形成される。
【００２１】
ハウジングにおけるアクセスを介して、少なくとも１つの可溶導体をトリガデバイスに依存しかつその溶断積分とは無関係に機械的に破壊するために、消弧媒体のない領域には、機械的分離エレメントを導入することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態において、分離エレメントは、ブレードまたは切断刃として形成される。
【００２３】
分離エレメント自体は、ブリッジイグナイタにより可溶導体に向かって駆動されることが可能である。
【００２４】
分離エレメントを動かすための機械的エネルギーも同様に、形状記憶合金または他の形状もしくは体積変化媒体によって提供されてもよい。
【００２５】
トリガデバイスは、検出および評価ユニットおよび例示的なブリッジイグナイタ用制御装置、ならびにエネルギー供給装置を備え、かつ少なくとも１つの制御入力を有する。
【００２６】
検出および評価ユニットにより、ヒューズの可溶導体の受動特性は、いつでも約１０ミリ秒を超えて中断されてもよい。断熱溶融の範囲だけは、影響されないままである。これに関連するＩ２ｔ値は、既知の方法により可溶導体の寸法決定を介して、保護されるべき負荷に整合される。
【００２７】
本発明による解決は、可溶導体の受動定格電流を遙かに下回る超小電流の遮断、ならびに無電流遮断も可能にする。これにより、遮断は、電流の流れとは無関係に、例えばインピーダンス変化が測定された時点でも既に実行されてもよい。
【００２８】
連続的な測定に起因して、かつ適応システムとして構成される場合、評価および検出ユニットは、瞬間的な保護特性の規定に際して、ネットワークの変化を考慮することができる。これは、エネルギー生産者毎に負荷の数が変わる、または電源容量が変わる場合に有利である。
【００２９】
トリガ機能を制御するためには、インピーダンスの評価とは別に、電流、電圧、これらの増加さらにはその時間依存性挙動等の既知の基本的なトリガ機能が、外部制御信号と共に利用されてもよい。サージ保護デバイスが保護される場合には、トリガ基準として、電圧時間領域、および電流評価と組み合わせたパフォーマンスまたはエネルギー転換の時間的推移も利用されてもよい。
【００３０】
追加的入力においては、さらなるセンサを介して、圧力、温度、光、磁場、電場またはこれらに類似するものの基準が供給されかつ考慮されてもよい。
【００３１】
記述しているように、本発明によるトリガ可能な溶融ヒューズは、具体的には、低電圧アプリケーションの分野における、避雷器へ直列に接続するためのアレスタバックアップヒューズとして適する。
【００３２】
この場合、本発明によるヒューズは、具体的にはスパークギャップを有するアプリケーション用に形成され、かつこれらの特定の特徴に従って構成されることが可能である。基本的に、提案される原理は、直流アプリケーションおよび交流アプリケーションの双方に適し、かつ例えば直列アームにおいて利用されることも可能にする。
【００３３】
小型設計に起因して、この制御可能なヒューズは、スパークギャップまたはバリスタと直列に接続されるサージ保護デバイスの共通のハウジング内で使用され得る。
【００３４】
ヒューズは、過負荷の前、過負荷時または必要であれば過負荷の後であってもサージ保護デバイスを保護し、かつこれをネットワークから切断する。
【００３５】
発明的教示のさらなる基本的理念によれば、ヒューズの可溶導体の特別な追加のボトルネックをトリガが作動された後に画定して機械的に切断することを目的とする、トリガ可能なヒューズが提案される。
【００３６】
本発明によれば、既存の受動電流ボトルネック、すなわち古典的なヒューズボトルネック、への追加のボトルネックに対して、構造的調整が実行される。例えば石英砂は、特にスイッチング容量が高い場合に消弧媒体として適する。
【００３７】
古典的な電流制限ヒューズの利点と、切断刃を１つだけ有する起動可能な擬似インテリジェントヒューズの利点とを小型設計および単純な活性化剤に組み合わせるヒューズを作成するという課題は、後述する変形例によって解決される。受動機能において、ヒューズは、下流に配置される避雷器の保護レベルを引き上げず、かつ起動されても、接続される個々のサージ保護デバイスの識別される保護レベルを超える電圧を生成しない。
【００３８】
関連の解決は、消弧媒体内に配置される、ヒューズの１つまたは複数の並列する可溶導体を基礎とする。
【００３９】
可溶導体は、従来の複数の電気的ボトルネック、すなわち直列電流ボトルネックを有し、その数は、ヒューズの対応する定格電圧に対する通常の構成に対応する。
【００４０】
既知のＮＨヒューズによれば、可溶導体は、主にヒューズ本体を軸方向へ直線状に延びる。短絡電流が高い、または仮想溶融時間が約１０ミリ秒未満である場合、このようなヒューズおよびボトルネックの構造および動作モードは、通常のヒューズのそれらに一致する。
【００４１】
少なくとも１つの可溶導体は、好ましくは、上述の通常の電流ボトルネックの間に少なくとも１つのさらなる特別な機械的ボトルネックを有し、これは、少なくとも１つのアクチュエータおよび切断刃または類似手段によって切り開かれることが可能である。
【００４２】
分割エレメントとしての切断刃は、好ましくは、絶縁材料からなるか、絶縁コーティングを備える。この絶縁性の切断刃は、遮断される可溶導体間の絶縁ギャップを拡大させる。結果として生じる絶縁ギャップは、少なくとも２．５ｋＶ、好ましくは４〜６ｋＶの絶縁耐力を実現することができる。
【００４３】
本発明のさらなる実施形態による本発明の追加のボトルネックと、既知の通常のボトルネックとの相違点は、以下に概説する方策にある。
【００４４】
幾何学的または機械的追加のボトルネックは、通常のボトルネックより大きい残存断面を有する。ボトルネックの溶断積分値（Ｉ２ｔ値）は、ヒューズの切断積分と等しいか、僅かに高くなるように決められる。この構成により、ボトルネックは、短絡電流に応答しなくなる。
【００４５】
しかしながら、追加のボトルネックの領域により、電気アークが広がる可能性がある。
【００４６】
幾何学的ボトルネックおよび切断刃は、消弧媒体が存在しない領域に位置づけられる。
【００４７】
この領域の両側は、好ましくは、消弧媒体および電気的ボトルネックが存在する領域から薄い障壁によって分離される。
【００４８】
この領域の幅は、刃幅、および可溶導体の厚さの２倍にほぼ制限される。
【００４９】
可溶導体は、好ましくは、例えば石英砂である消弧媒体の侵入を防止すべく絶縁領域をさらに密封する必要がないように、絶縁障壁を介して案内される。
【００５０】
絶縁障壁は、セラミクス、バルカンファイバから製造されてもよく、他に、ガス放出を伴って、または伴わずにポリマー（ポリアセタール）から製造されてもよい。肉厚は、好ましくは１ｍｍ未満である。
【００５１】
切断刃の幅は、好ましくは、可溶導体の幅より大きく、少なくとも追加の機械的ボトルネックより広い。
【００５２】
切断刃は、切断時の可溶導体の伸長領域を超えて進むストロークパスを有する。無電流になるように切断されていた可溶導体間の最短接続距離は、約４ｍｍ以上である。アーク切断の場合、この距離は、可溶導体の燃焼に起因して延びる。切断刃には、滑り距離を延ばすための方策が施されてもよい。切断刃は、固定式または変形可能な対応物と共に絶縁ギャップを形成してもよい。
【００５３】
能動的切断の場合は、電気アークが切断領域から消弧媒体を有する領域内へかなり急激に広がり得る。したがって、切断領域における圧力の発生、ひいてはハウジング応力は、小さい。受動機能の場合、消弧媒体、例えば圧縮石英砂、を有する２つの領域におけるボトルネックによって高い消弧能力が保証される。
【００５４】
切断領域における追加のボトルネックの材料は、電気アークを拡張するために利用可能である。切断刃および絶縁障壁または障壁の材料の選択により、これらの領域においても比較的良好な冷却を実現できる。
【００５５】
省スペース設計およびヒューズの受動挙動に対する影響の少なさは、小型サイズの実現を可能にする。可溶導体およびインピーダンスのルーティングは、通常のヒューズと変わらず、よって、パルス電流時の電圧降下を制限することができる。短絡時の追加のボトルネックの受動挙動は、ヒューズの電圧レベルが制限されることを可能にし、よって避雷器の保護レベルに準拠することが可能である。
【００５６】
圧縮された消弧媒体または所謂「ストーンサンド」を有する領域において、ただ１つのボトルネックの切断により電気アークを急速に広げる可能性は、高い短絡電流においてさえもヒューズが駆動されることを可能にし、これにより、受動的および能動的双方の動作モードが保証される。
【００５７】
上記により、ただ１つのボトルネックが切断される際、既に１０ミリ秒未満の仮想溶融時間に渡って高電流が発生しているヒューズの起動が許容される。これにより、定格アンペア数を遙かに下回る低電流において、かつｋＡ範囲における高い故障電流においても、事実上無電流状態で短時間が経過した後、既にヒューズが遮断される。同様に、個々の要件に従ったほぼ任意の時間／電流特性も実現され得る。
【００５８】
複数の可溶導体を有する設計変形例には、可溶導体をより多大な努力で同時に絶縁する、または単一のアクチュエータを用いてあまり努力することなく１つずつ絶縁する可能性が存在する。この場合、動きの方向は、真っ直ぐであっても、円形または偏心的であってもよい。同様に、切断刃は、この動きモードに従って様々に設計されてもよい。
【００５９】
あるいは、可溶導体が、個々の場合で１つの切断刃および１つのアクチュエータによって別々に分離されるという可能性もある。これもまた、切断刃の反対方向の動き、または重なり合った動きを可能にし、この場合、切断刃は、同時にギャップ形成にも役立ち得る。
【００６０】
迅速な電流遮断を実現するために、必要であれば、迅速な故障検出に加えて適切なアクチュエータが実現される。
【００６１】
爆発物に依存する点火手段またはガス発生器を回避するために、本発明によれば、それ自体に爆発力のない単純な点火装置、すなわち所謂ブリッジイグナイタ、を利用することが提案される。とは言え、十分な力を達成するために、点火の間に発生する圧力波がピストン／シリンダ原理の方式で利用され、可溶導体の機械的または幾何学的ボトルネックが破裂される。
【００６２】
この目的に沿って、例えば、切断刃自体のシャフトは、ピストン内部に案内されても、ピストンへ連結されてもよく、もしくは、ピストン内へ案内される発射体へ取り付けられてもよい。
【００６３】
この点に関して、切断刃は、可溶導体に非常に近接して配置されてもよい。しかしながら、十分なスペースまたは外部駆動装置が存在する場合は、切断刃の運動力を高めるための距離も選択されてもよい。ピストンは、但し切断刃もまた、好ましくは、追加的に案内されてもよい。上述の発射体は、ピストン内に緩く包含される。ピストンキャビティ内には、点火装置またはブリッジイグナイタが位置決めされ、かつピストンキャビティを満たす。キャビティは、発射体に対して、動きの方向へ少なくとも可溶導体が切断されるまでの動き経路に対応する距離に渡って密封される。これは、ピストン内の発射体に対する密封が、ボトルネックの破裂後まで取り除かれないことを保証する。
【００６４】
受動ヒューズにおいては、通常、ヒューズの可溶導体は、好ましくは、ヒューズのハウジングへ下部キャップまたはエンドキャップによって堅固に取り付けられる。切断領域両側の消弧手段領域からの絶縁は、狭い切断領域における可溶導体の追加的な案内として機能する。
【００６５】
絶縁プレートの通路内の案内は、この場合、切断刃に対して横方向位置にある場合の可溶導体が、切断刃の衝突時に切断刃の動き方向へ僅かに変形可能であるように設計される。これは、この僅かな変形に要する労力が、可溶導体の剛性ガイドの労力より少ないことを示す。可溶導体は、破裂されると、絶縁体と切断刃との間で両側に曲げられる。あるいは、切断刃および必要な力の作用とが対応する設計においては、打抜きも可能である。
【００６６】
アクチュエータによる力の作用は、ブリッジイグナイタを囲むガスの熱膨張を略基礎とする。ピストンが開放されると、この最小限に加熱されたガスの量は、非常に小さい容積内で、すなわち、必要であれば切断領域内で直接、容易に弛緩され得、よって、ヒューズのハウジング、キャップまたは換気装置またはこれらに類似するものを補強する必要はない。
【００６７】
使用されるサージ保護デバイスまたは接続される負荷に対する保護概念において、より長い切断時間で足りる場合には、より遅い応答時間を有するアクチュエータも使用されてもよい。この場合は、例えば、形状記憶合金または他の体積変化材料が考えられる。ボトルネックの切断または破裂に必要な力間の調整に関する最も高い要件は、ヒューズの可溶導体の切断が引き起こされないように意図される必要なパルス電流伝送容量に結びつけられる。
【００６８】
スパークギャップに基づく避雷器と比較して、バリスタベースの避雷器の負荷は、低い。概して、避雷器は、１００ｋＡ、１０／３５０マイクロ秒の最大負荷を有することが想定される。通常の交流網において、これは、個々のスパークギャップにつき２５ｋＡ、１０／３５０マイクロ秒の負荷を意味する。ヒューズの可溶導体は、記載されたアプリケーションにおいて上述の要件を満たすべきである。これは、通常の電気的ボトルネック、および記載された追加の機械的または幾何学的ボトルネックの双方に関連する。
【００６９】
通常のＮＨヒューズにおいて、この要件は、ヒューズ電流定格３１５Ａを有するヒューズにほぼ対応する。ヒューズの定格電圧に関しては、避雷器が使用されるネットワークのライン間電圧の範囲内の電圧が選択されることが多い。したがって、ヒューズは、通常の２３０／４００ボルトのネットワークにおいて電圧４００ボルトに適するべきである。切断の場合、避雷器のバックアップヒューズは、避雷器の保護レベルを上回るアーク電圧を発生しない。ＮＨヒューズのボトルネック設計では、ボトルネック当たり約３００ボルトの電圧が予想されてもよい。これらの要件から、このようなヒューズに対する通常の既知のボトルネックの数は、最低３個から最大５個までとなり、この場合、概して、約１．５ｋＶという通常の保護レベルは、超過されない。
【００７０】
本発明による解決のさらなる変形例は、具体的にはアレスタバックアップヒューズとしてのアプリケーションのための制御可能なヒューズに基づくものであり、この変形例において、ヒューズの可溶導体の規定された破裂は、特別な追加のボトルネックを利用する間に実行される。
【００７１】
故に、このアプローチは、トリガ起動後の消弧媒体における、ヒューズの可溶導体の特別な追加のボトルネックの規定された破裂を基礎とするトリガ可能なヒューズの省スペースかつ費用効果の高い実施形態を目標とする。それ以外は完全に受動動作可能なヒューズのその他の特性に、影響はない。このアプローチの特殊性は、トリガが単純であること、および追加の幾何学的ボトルネックと古典的な既知のヒューズボトルネックとの調整にある。
【００７２】
１つまたは複数の可溶導体に引張り力が加わると、当該ボトルネック、すなわち可溶導体ストリップ全体およびストリップのアタッチメント、は全て、長くなる。長さ５〜８ｃｍの可溶導体、具体的には可溶性銅導体、の伸び長さは、破裂に至るまで容易に数ミリメートルになり得る。
【００７３】
作製が意図される絶縁距離が約３ｍｍであれば、必要なストロークパスは、既に１０ｍｍを優に上回る場合もあり、これにより、こうしたコンポーネントのサイズは、不要に増大する結果となる。
【００７４】
この伸びを制限するためには、可溶導体をハウジングまたは消弧媒体（砂）に対して部分的に固定するという可能性がある。あるいは、消弧媒体を部分的に凝固させるという可能性もある。
【００７５】
上述の方策とは対照的に、発明的教示によれば、可溶導体における伸びが、主として追加の機械的破断点、すなわち予め決められた幾何学的破断点において生じる。
【００７６】
したがって、全体的な伸びは、予め決められた破断用ボトルネックの破断における必要な伸び、および追求される絶縁距離を僅かに上回るにすぎない。
【００７７】
引張りボトルネックとも称される追加の機械的破断点は、既知の電気的ボトルネックに関連して調整されかつ寸法決めされなければならない。
【００７８】
機械的ボトルネックが著しく低い引張り強さを有するためには、その断面が、電気的に関連するボトルネックの断面より小さい。よって、等しい電流負荷におけるより小さい断面積にも関わらず、機械的ボトルネックは、全ての電流負荷において、過渡負荷においてさえも、電気的ボトルネックより先に応答せず、時間遅延の方法で、またはより高い負荷において応答することが保証されなければならない。
【００７９】
したがって、本発明による関連の実施形態は、消弧媒体における、ヒューズの１つまたは複数の並列する可溶導体を基礎とする。可溶導体は、複数の直列する従来のボトルネックを有し、その数は、ヒューズの対応する定格電圧に対する通常の構成に対応する。
【００８０】
通常のＮＨヒューズによれば、可溶導体は、主にヒューズ本体を軸方向へ直線状に延びる。可溶導体は、好ましくは、上述の既知のボトルネック間に、アクチュエータにより破裂され得る少なくとも１つのさらなる特別なボトルネックを有する。
【００８１】
使用されるアクチュエータは、さらに、遮断された可溶導体を画定的に膨張させる。全体的な絶縁距離の広がりは、少なくとも２．５ｋＶの絶縁耐力を実現する。
【００８２】
追加のボトルネックは、下記の機能において通常のボトルネックとは異なる。
【００８３】
追加の機械的または幾何学的ボトルネックは、通常のボトルネックの残存断面より遙かに小さい残存断面を有する。過渡パルス電流負荷の周期、具体的には電流パルス形状８／２０マイクロ秒および１０／３５０マイクロ秒の周期、におけるボトルネックの溶断積分値は、通常の既知のボトルネックの溶断積分値と同一であるか、溶断積分値を超える。
【００８４】
さらに、アクチュエータの力の方向に対する機械的強度は、他の既知のボトルネックの機械的強度より遙かに低い。
【００８５】
この点に関して、アクチュエータの力は、ほぼ、本発明による追加のボトルネックのみに作用する。アクチュエータの力の作用に起因する通常の既知のボトルネックの伸びは、ごく僅かである。
【００８６】
電気的ボトルネックと比較すると、機械的ボトルネックは、概して電源周波数負荷においても応答しないように設計される。しかしながら、ボトルネックの領域は、通常のボトルネックからの電気アークの拡張に利用可能である。
【００８７】
したがって、その寸法に関して、機械的ボトルネックは、通常のボトルネックより遙かに小さい設計である。ストリップ形状の可溶導体において、ボトルネックは、急激な電流上昇時においても不均一な電流分布が大幅に防止され得るように設計される。この目的に沿って、ボトルネックは、理想的には、ストリップの両側が長さ５００μｍ未満、最適には１００μｍ未満の全体幅に渡るテーパリングとして設計される。通常の打抜きまたは連続するリセスを用いるこのような設計では、これらは、リセスが類似の短さであり、かつリセスの幅が長さの２倍を超えないように実現される。
【００８８】
基本的には、さらなる設計変形例も可能である。提案される方策の標的は、幾何学的ボトルネックの領域からの極めて良好かつほぼ遅延のない熱放散を有するパルス電流負荷においてさえも可能な限り均一である、可溶導体およびボトルネックにおける電流密度分布である。
【００８９】
１ミリ秒未満の迅速な電流パルス負荷においてさえも、前述の電流密度分布は、より大きい断面を有する通常の電気的ボトルネックの場合より小さい断面を有する機械的ボトルネック内部でのより低い温度上昇を保証する。
【００９０】
以下、図面を参照し、本発明を、例示的な実施形態に基づいてさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】検出および評価ユニット、制御装置、エネルギー供給装置およびトリガ可能なヒューズで構成される基本的配置を示すブロック図である。
【図２】トリガ可能なヒューズの例示的な構造を示す断面図である。
【図３】本発明によるトリガ可能なヒューズの例示的な時間／電流特性を示す。
【図４】小さい過電流において短い溶融時間を達成するために既知の通常のボトルネックより長く設計されるボトルネックを有する、カプセルヒューズの例示的な可溶導体を示す。
【図５】接続部ＡおよびＢを伴って、非線形可溶導体を有し、かつ可溶導体の角度ルーティングを有する構造を示す。
【図６】２つの可溶導体と、各々がアクチュエータを備え反対方向に作用する切断刃とを有する基本的配置を示す。
【図７】アーク作用なしの切断後の、図２による配置の部分領域を示す。
【図８ａ】可溶導体が同時かつ横方向に切断される配置を示す。
【図８ｂ】可溶導体に向かって垂直方向から見た可溶導体の同時的切断を示す。
【図９】２つの可溶導体を短いストロークパスで横方向に切断することを可能にする、オフセットされた２つの切断刃を有する切断エレメントの断面図である。
【図１０】各事例における、短いストロークパスおよび切断刃の反対動作で可溶導体を切断するための切断刃およびアクチュエータを示す。
【図１１】対応するガイドおよび唯一のアクチュエータによって押しやられ得る、２つの切断刃および回転運動を有する切断エレメントを示す。
【図１２】例えばワイヤ形式で構成され得るヒューズのさらなる可溶導体が切断デバイスによって遮断されない、さらなる実施形態を示す。
【図１３】キャリア上に可溶導体を有するワイヤの代替例を示す。
【図１４】低いヒューズ電流定格のヒューズワイヤにより短絡されるホーンスパークギャップに平行な切断装置であって、主たる可溶導体が破裂されると、電流がヒューズワイヤに転流し、これによりホーンスパークギャップが点火され、このホーンスパークギャップは、次に、アーク放電チャンバにおいて電流を消弧させる切断装置を示す。
【図１５】切削および分離刃のさらなる展開を示す。
【図１６】ストロークパスが短いが可変性であるアクチュエータを有する配置を示す。
【図１７】長円形リセス形式の既知のボトルネックを有する可溶導体であって、既知のボトルネック間に非縮小断面領域が設けられ、かつこの領域内に、合計長さが短い複数の菱形リセス形式である追加のボトルネックが実現される可溶導体を示す。
【図１８】小さい過電流において短い溶融時間を達成するために、通常の既知のボトルネックとは異なって設計されるボトルネックを有する、カプセルヒューズの可溶導体を示す。
【図１９】通常の既知のボトルネック間に、本発明による追加の機械的ボトルネック４が導入される実施形態を示す。
【図２０ａ】本発明による追加の機械的ボトルネックの１つの設計変形例を示す。
【図２０ｂ】本発明による追加の機械的ボトルネックの１つの設計変形例を示す。
【図２０ｃ】本発明による追加の機械的ボトルネックの１つの設計変形例を示す。
【図２１ａ】カプセル設計（断面）におけるＮＨヒューズの通常状態におけるＡでの例示的な構造を示す。
【図２１ｂ】カプセル設計（断面）におけるＮＨヒューズのトリガされた状態におけるＢでの例示的な構造を示す。
【図２２ａ】引張り力を特別に利用する、形状記憶合金を使用するための一実施形態を示す。
【図２２ｂ】引張り力を特別に利用する、形状記憶合金を使用するための一実施形態を示す。
【図２３】例えば発熱反応の反応箔により、ミリ秒範囲を意味する可能な限りの最短時間で係合を解除され得るはんだ接合部に引張り力が作用する実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００９２】
図１は、検出および評価ユニット１と、制御装置２と、エネルギー供給装置３と、トリガ可能で制御可能なヒューズ４とで構成される、本発明による一実施形態の基本的配置を示す。
【００９３】
制御ユニット２は、追加的な外部制御入力５を示す。
【００９４】
検出および評価ユニット１は、複数の測定用入力８、電流測定用入力６、ならびに電圧測定７を有する。
【００９５】
入力８には、さらなるセンサを接続することができる。
【００９６】
さらに、外部測定デバイスのための通信入力を設ける選択肢もある。
【００９７】
ヒューズ４への信号発信は、有線式に実行されてもよいが、点火デバイス（ブリッジイグナイタ）が別途供給される場合は、無線式でも実行される。
【００９８】
図２は、切断エレメント１３を有するトリガ可能なヒューズの例示的な構造を示す断面図である。
【００９９】
ヒューズに関する限り、この描写は、石英砂形式の消弧媒体およびブリッジイグナイタ１４を起動させるための相補的領域を有する既知のＮＨヒューズの古典的構造に一致する。
【０１００】
本発明によるヒューズ４は、２つの接続キャップ９と、２つの可溶導体１０と、例えば石英砂である消弧媒体を有する２つの領域１１と、消弧媒体のない領域１２とを呈する。消弧媒体のない領域１２へは、可溶導体１０を分離するための切断刃１３が導入されてもよい。
【０１０１】
ブリッジイグナイタ１４が起動されると、切断刃１３が可溶導体１０の方向へ加速され、これらを２つに切断する。
【０１０２】
切断刃１３の移動経路には、消弧媒体のない領域に停止領域が設けられてもよい。この停止領域は、衝撃を減衰させ、ひいてはハウジング壁および切断刃を保護することに役立つ。さらに、この領域は、ギャップ状アークの喰い切りに利用されてもよい。停止領域は、例えば、ガス放出を伴う、または伴わない、軟質または弾性もしくは多孔質のプラスチック材料から実現されてもよい。あるいは、絶縁材料のテーパリングギャップ状領域における減衰も可能である。
【０１０３】
この場合、ブリッジイグナイタ１４の起動は、制御装置２（図１参照）へ直に接続され得る制御ライン１５を介して行われる。
【０１０４】
ブリッジイグナイタ１４は、エンクロージャ１６内に位置づけられ、エンクロージャ１６は、ブリッジイグナイタ１４により駆動されるピストン１７を呈し、当該ピストンは、分離エレメント１３と連通している。
【０１０５】
消弧媒体のない領域１２は、消弧媒体１１から隔離されるチャネルとして形成される。チャネルは、側壁１８を呈し、側壁１８は、分離エレメント１３を案内することにも役立ち得る。
【０１０６】
図３は、例として、本発明による装置の時間／電流特性を示す。
【０１０７】
明確さを期して、これらの特性は、単純に、約４ミリ秒〜約１０ミリ秒の時間範囲においてのみ示される。さらに、約４ミリ秒までの時間範囲における基本的な推移も示される。
【０１０８】
ｇＧヒューズの可溶導体の断熱加熱は、可溶導体の設計に依存して５ミリ秒超であってもよい。例えば、ヒューズＡの受動的可溶導体は、約３１５Ａのヒューズ電流定格を有する。しかしながら、ヒューズＢは、ほぼ同一の断熱溶融積分（Ｉ２ｔ値）において、遙かに低いヒューズ電流定格１００Ａを有する。
【０１０９】
この値に起因して、例えばサージ保護デバイスと組み合わせるアプリケーションにおいて重要であるパルス電流伝送容量は、双方のヒューズで同等である。このような特性を達成するために、可溶導体Ｂは、相応に設計されるか、追加的に保持される必要がある。
【０１１０】
断熱時間範囲において、提案される保護デバイスの挙動は、ヒューズの可溶導体の受動的溶融挙動によって決定される。
【０１１１】
個々のヒューズＡまたはＢの電流が短くかつ理論的に受動的溶融時間が長い場合、可溶導体の能動的遮断までの時間、例えば１０ミリ秒は、受動的溶融時間まで任意に制限されてもよい。したがって、時間／電流特性は、ヒューズの時間／電流特性を下回るように任意に設計されてもよい。したがって、電流の流れの最大持続時間および電流の流れの最大レベルの設定も、広範囲で可能である。可変特性を有する例示的な範囲は、可溶導体ＡおよびＢの受動特性より下の破線によって画定される。これにより、様々な保護タスクへの良好な適応が可能である。
【０１１２】
図４は、小さい過電流において短い溶融時間を達成するために既知の電気的ボトルネックより長くなるように設計されるボトルネック２Ａを有する、カプセルヒューズの可溶導体１Ａを示す。これにより、ヒューズのヒューズ電流定格は、有利に低減する。ボトルネックの長さは、ボトルネック間の可溶導体１Ａの未修正断面の距離にほぼ一致する。ボトルネック間には、可溶導体を切断するための追加のボトルネック３Ａが位置決めされ、かつボトルネック２Ａより低い変調度を有する。
【０１１３】
消弧媒体として充填される単純な石英砂によって最適な消弧特性を達成するためには、可溶導体を複数の可溶導体に分割することが、克服されるべき高いパルス電流およびこれに伴う高い金属含有量において有利である。本発明による関連要件に対しては、同一設計の２つの可溶導体が有利である。
【０１１４】
基本的に、構造上のサイズ、ヒューズハウジングの幾何学的形状、可溶導体の数などは、任意に変更されてもよい。可溶導体の直線的なルーティングおよび両側における反対正面との接続を除いて、接続部ＡおよびＢは、当然ながら、図５によるハウジング６Ａの片側にあってもよい。
【０１１５】
絶縁材料製のハウジングとは別に、可溶導体用の１つまたは２つの絶縁入口を有する導電性ハウジングも実現されてもよい。
【０１１６】
可溶導体の設計は、ストリップ、ワイヤ、チューブなどを用いてもよい。
【０１１７】
可溶導体のルーティングおよび接続部の位置合わせは、過渡パルスを伴う負荷において、装置全体の力、電流強度および特に保護レベルも観察されるように設計されるべきである。ヒューズ装置における誘導電圧降下は、２５ｋＡを超える負荷で３００Ｖ未満、可能であれば２００Ｖ未満の値に制限される必要がある。誘導性を低減するためには、可溶導体のルーティングをバイファイラでもあるように設計するという選択肢がある。
【０１１８】
図６は、各々がアクチュエータ（簡略化のために図示せず）を有する反対方向に作用する２つの切断刃４Ａを備える２つの可溶導体１Ａの基本的配置を示す。
【０１１９】
この場合、ハウジングは、同時に接続部Ａとして機能する。さらなる接続部Ｂは、ハウジング６Ａから絶縁式に引き出される。同軸配置は、誘導電圧降下を減少させる。
【０１２０】
図７は、アーク作用のない切断後の、図２による装置の部分領域を示す。
【０１２１】
図７では、切断刃４Ａと絶縁プレートとの間の可溶導体領域１２Ａの横方向の動きを認識することができる。これらのパーツの密接なルーティングに起因して、切断刃４Ａを減速させかつギャップを形成するための対応設計において、パーツの締付けが利用されてもよい。
【０１２２】
図８ａは、可溶導体が同時かつ横方向に切断される配置を示す。図８ｂは、可溶導体に向かって垂直方向から見た可溶導体の同時的切断を示す。図８ａによれば、アクチュエータ５ａおよび切断刃は、省スペース式にヒューズハウジングへ直に一体化される。
【０１２３】
図９には、オフセットされた２つの切断刃４Ａを有する切断エレメントの断面図が示され、当該切断刃は、２つの可溶導体１Ａを短いストロークパスで切断することを可能にする。
【０１２４】
図１０によれば、各事例において、可溶導体１Ａを切断するための切断刃４Ａまたはアクチュエータ５Ａが使用される。これにより、短いストロークパス、切断刃の反対方向への移動、および対応する設計による、消弧機能を伴う、または伴わない追加的な絶縁ギャップまたは消弧媒体を含む領域が設けられていない場合の、切断刃４Ａ間における直接的な部分間隙の形成、が可能になる。
【０１２５】
図１１には、対応するガイドおよび唯一のアクチュエータによって押しやられ得る、２つの切断刃４Ａおよび回転運動を有する切断エレメントが示される。切断刃４Ａは、何れの場合も、一部には、良好なギャップ形成が可能であるように案内されてもよい。
【０１２６】
図１２は、例えばワイヤ形式でも構成され得るヒューズのさらなる可溶導体１３Ａが切断デバイスによって遮断されない一実施形態を示す。
【０１２７】
ワイヤは、電源接続へ接触されても、主たる可溶導体へ直に、または間接的に接触されてもよい。
【０１２８】
ワイヤは、好ましくは、消弧媒体１４Ａによって包囲される。主たる可溶導体が遮断される場合、電流は、ワイヤへ転流し、これにより、切断領域におけるアーク形成を大幅に防止することができ、かつ完全な切断後に高い絶縁耐力を実現することができる。
【０１２９】
遮断は、極めて低いヒューズ電流定格、具体的にはネットワークの定格アンペア数を下回るヒューズ電流定格、を有するさらなる可溶導体によって実行される。
【０１３０】
例えばワイヤ形式である可溶導体１３Ａは、０Ａでの電流通過を可能にするために、時間遅延の方法で、適切であれば同じ切断刃により、必要であれば直に、または間接的に遮断されてもよい。ワイヤ上またはワイヤによるキャリアの機械的変位または破壊では、間接的な遮断が可能である。ワイヤの代替案として、図１３において、キャリア１５Ａ上に可溶導体を実現することも可能である。同様に、ＳＭＤヒューズのシフトも実現可能である。
【０１３１】
さらなる修正を加えれば、説明される基本的配置は、高い短絡電流の遮断にも適する。
【０１３２】
本発明による切断または分離ユニットは、例えばヒューズ電流定格が低いヒューズワイヤ１７Ａにより短絡されるホーンスパークギャップ１６Ａと並列であってもよい。主たる可溶導体が破られると、電流は、ヒューズワイヤ１７Ａに転流し、ヒューズワイヤ１７Ａは、ホーンスパークギャップ１６Ａを点火し、次いでホーンスパークギャップは、アーク放電チャンバ１８Ａ内の電流を電流制限の方法で消弧させる。
【０１３３】
図１４は、このような配置を例示する。
【０１３４】
ここで、電流転流および再点火の危険性に関する要件は、ヒューズ電流定格が小さいヒューズとの並列接続の場合より低い。電気アークを入口領域の直下で、またはその他、アークチャンバ内で直に点火することも可能である。電流転流および再点火に関する要件は、この場合は既に、古典的なホーンスパークギャップの場合より高いが、ヒューズ電流定格の並列ヒューズの場合より低い。このような配置では、切断デバイスに隣接しかつ消弧媒体で満たされる領域が省かれてもよく、これにより、主経路内におけるインピーダンスおよびスペース要件が低減される。
【０１３５】
さらなる設計において、切断デバイス４Ａは、ホーンスパークギャップ１６Ａの点火範囲内に直に位置決めされてもよい。ホーンスパークギャップ１６Ａは、この場合、必要であれば、ボトルネックまたは規定のＩ２ｔ値を有するヒューズストリップ１Ａによって短絡され、かつ主経路内に直に位置決めされる。
【０１３６】
ヒューズストリップは、ここでは、分岐電極間の切断領域の外側で案内されてもよい。
【０１３７】
切断刃または分離刃は、この場合、ストリップ遮断時に発生する電気アークがアーク放電チャンバの方向に移動され、かつホーンスパークギャップ内に図１５において所望される絶縁耐力に対応する絶縁距離が形成されるように設計される。
【０１３８】
この目的に沿って、切断刃は、少なくとも主に絶縁材料から製造され、または絶縁材料内に装着されるか埋め込まれる。
【０１３９】
可溶導体の切断後、切断刃は、引き続き数ｍｍに渡って案内され、よって、切断された残りの可溶導体間の距離は、３ｍｍを超え、好ましくは５ｍｍを超える。
【０１４０】
さらに、切断刃は、絶縁材料で作られる溝１９Ａ内をホーンスパークギャップの分岐電極に隣接して横方向へ案内されてもよく、これにより、横方向へのアークフラッシュオーバが防止される。
【０１４１】
アクチュエータ５Ａによる起動とは別に、絶縁ギャップが形成されるように可溶導体が２つの電極間の領域から熱的に分離されまたは変位されることがさらに規定されてもよい。この場合、切断刃には、アクチュエータによる起動なしでも分岐電極領域への進入を可能にする機械的プレテンションがさらに備えられてもよい。このような実施形態は、とりわけ、バリスタの切断デバイスの分野において知られている。
【０１４２】
説明される配置および実施形態は、他の内部または外部アクチュエータによっても動作されてもよい。
【０１４３】
ここでは、ばねエネルギーの貯蔵を含む配置も可能である。
【０１４４】
図１６は、ストロークパスが短いが可変性であるアクチュエータ５Ａを有する配置を示す。この場合、アクチュエータとして、例えば圧電セラミクスまたはこれに類似するものが使用されてもよい。
【０１４５】
可溶導体１Ａは、この場合、パンチ状形成物である２つの絶縁部材２０Ａ内を横方向へ案内される。アクチュエータの動きに起因して、設置後であっても可溶導体のボトルネック３Ａの画定された転形を実行し、かつ延いては場合によりヒューズの特性を変更することが可能である。アクチュエータ５Ａに対応する信号レベルを用いれば、可溶導体を完全に切断することも可能である。
【０１４６】
複数の可溶導体が存在する場合、ボトルネックの切断および型押しは、可溶導体の数に応じて幾つかのアクチュエータにより、またはボトルネックによっては、可溶導体毎に実行されてもよい。これにより、これらを製造後に、構造が同一のヒューズを異なるアプリケーションに合わせて修正する可能性が生じる。打抜きまたは型押し用のパーツは、好ましくは、消弧を支援する材料、例えばセラミクス、ポリマーまたはこれらに類似するもので製造される。消弧媒体が非常に細かい粒状である場合、打抜き領域は、さらに絶縁プレート９Ａによって消弧媒体領域から絶縁されてもよい。より薄い可溶導体１Ａでは、消弧媒体が相応の粒状態である場合、この絶縁は、必須ではない。
【０１４７】
本発明によるヒューズの起動は、選択されるアクチュエータに依存する。形状記憶合金またはブリッジイグナイタにおける起動は、例えば、電流を介して実行されてもよい。電流は、例えば、接続されるネットワークまたは別個のエネルギー貯蔵装置から取得されてもよい。ブリッジイグナイタの場合、必要とされる低いエネルギーが、送信機によりガルバニックに分離された方法で供給されてもよい。
【０１４８】
ヒューズ起動をトリガするための度合いは、起動が幾つかの基準によって可能であるように設計される。この場合は、内部的な評価電子機器または外部的な制御オプションを排除する能動制御可能なスイッチが使用されてもよい。最も単純な事例において、これらのスイッチは、物理パラメータに直に応答する手段でもあってもよく、この手段は、制御可能なスイッチと並列に設けられる。この種のスイッチは、温度、圧力、電流、電圧、光信号、体積またはこれらに類似するものもしくはこれらの組み合わせにおけるしきい値または変化に応答し得る。スイッチとしては、電子的、機械的、電圧スイッチングだけでなく、インピーダンス変化コンポーネントも使用され得る。
【０１４９】
本発明によるさらなる実施形態である図１７は、長円形リセス形式である通常のボトルネック２Ｂを有する可溶導体１Ｂを示す。これらの通常のリセス間には、非縮小断面３Ｂを有する領域が設けられ、当該領域は、この場合、リセスに類似する長さである。この領域内に、追加の機械的ボトルネック４Ｂの例示的な実施形態が形成される。このボトルネック４Ｂは、全長が短い菱形のリセスとして実現される。
【０１５０】
具体的には、本発明によるヒューズを分流アームにおいて利用する場合、このような設計は、短絡負荷が発生した場合に、追加のボトルネックまたは既知のボトルネックに関連する同時的なアーク発生により追加のアーク電圧が発生されず、これにより、保護されるべき負荷に作用する電圧が引き続き制御可能である、という利点を有する。
【０１５１】
短いボトルネックは、可溶導体を著しく拡張させることなく、かつ制御式アーク拡張に必要である可溶導体材料に関して何らかの減少が生じることなく実現され得る。説明される設計に起因して、ボトルネックによりヒューズハウジングの圧力または温度負荷が加算されることはない。
【０１５２】
例えば通常の石英砂である消弧媒体に囲まれる追加の機械的ボトルネックの位置が比較的中央であることは、冷却および機械的拡張の良好さとは別に、通常のボトルネック領域内に至る両側のアーク拡張がアーク侵食によって迅速に生じ得ることに起因して、ボトルネック破壊の間の比較的高い消弧能力をもたらす。
【０１５３】
基本的に、機械的な引張りボトルネックは、例えばアクチュエータの引張り方向における第１の電気的ボトルネックの直前等、可溶導体の他の位置にも設けられてもよい。しかしながら、消弧媒体で満たされる領域における可溶導体の自由長は、場合により、所望される能動的に切替え可能な短絡電流に従って延長されなければならない点は遵守されなければならない。したがって、機械的ボトルネックが可溶導体の中心に位置決めされることは、必須ではない。
【０１５４】
上記により、ヒューズは、１つのボトルネックしか切断されなくても、仮想溶融時間１０ミリ秒未満による高電流において既に、起動されることが可能である。したがって、本発明によるヒューズは、定格アンペア数を遙かに下回る低電流における事実上無電流状態で短時間が経過した後、かつｋＡアンペア範囲における高い故障電流においても、遮断されることが可能である。また、要件に依存して、ほぼ任意の時間／電流特性が実現されてもよい。
【０１５５】
可溶導体および可溶導体全体に対する引張り作用の自由なルーティングの代替案として、可溶導体上の張力除去手段、または可溶導体の所謂「ストーンサンド」内への部分的固定も可能である。したがって、この力は、単一のボトルネックへと、標的化方式に向けられてもよい。
【０１５６】
粗い、または角のある消弧砂を使用する場合、アクチュエータと機械的な引張りボトルネックとの間の通常の電気的ボトルネックに例えば絶縁箔を備えて、追加の摩擦を減らすことが得策であり得る。
【０１５７】
図１８は、小さい過電流において短い溶融時間を達成するために通常のボトルネックより長くなるように設計されるボトルネック２Ｂを有する、カプセルヒューズの可溶導体１Ｂを示す。しかしながら、ボトルネック間の可溶導体の非縮小断面３Ｂの距離は、この場合、少なくともボトルネックの長さに一致する。
【０１５８】
これは、既に、ヒューズのヒューズ電流定格の有利な減少をもたらす。能動的ヒューズにおいて、これらのボトルネックの伸びは、引張り負荷時に増大され、よって、追加の機械的ボトルネックに関する要件が増す。単純な石英砂の充填によって最適な消弧特性を達成するためには、可溶導体を複数の可溶導体に分割することが、克服されるべき高いパルス電流およびこれに伴う高い金属含有量において有利である。この場合は、同一設計の２つの可溶導体が有利である。
【０１５９】
図１９は、通常のボトルネック２Ｂ間に、本発明によるさらなる機械的ボトルネック４Ｂが導入される実施形態を示す。理想的には長さ数十μｍのこのボトルネックは、通常のボトルネックとしては不適であり、短絡切断の場合のその受動機能を支援しない。より小さい断面積にも関わらず、このボトルネックは、これらの負荷に応答せず、よって、追加のアーク電圧は生成されない。したがって、この機能は、専らヒューズの能動制御に限定される。
【０１６０】
ボトルネックの長さは、通常の既知のボトルネックの長さの４分の１、但し理想的には１０分の１になるように設計される。
【０１６１】
例えば、最大長さ５００μｍの機械的ボトルネックにおいて、通常の既知のボトルネックは、４ｍｍより長い。より良い関係性は、通常の既知のボトルネックにおける長さ１５０μｍ未満から２ｍｍを超える長さにおいて生じる。
【０１６２】
本発明によるボトルネックの断面は、通常のボトルネックの断面より少なくとも２０％小さく、理想的には５０％超小さい。通常の、一般的に既知のボトルネックは、非縮小断面に対して変調度約２を有する。この比較的低い変調度は、小さい構造サイズにおいて必要な低い金属含有量に起因して得策である。
【０１６３】
構造サイズが小さいヒューズの場合は、通常、可溶導体の材料と可溶導体の消弧媒体との限定的な関係性に起因して、銅または銅合金が使用される。
【０１６４】
ボトルネックが破裂されるために必要とされるボトルネックの引張り力は、通常のボトルネックの破裂を生じさせる力の最大８０％、但し理想的には６０％未満である。
【０１６５】
機械的ボトルネックが破裂するまでに生じる可溶導体の全体的な拡張は、軟銅の場合で最大３ｍｍ、好ましくは１ｍｍ未満である。これは、可溶導体の全長の５％未満に相当する。
【０１６６】
銅の場合、それが菱形であれば、機械的ボトルネックが破裂するまで約４０％の拡張が必要である。個々の長さが４ｍｍの場合でも、これにより、通常のボトルネックの全体的な拡張は、単に８％未満であり、可溶導体の非縮小断面の拡張は、僅か１％未満である。より短いボトルネックでは、機械的ボトルネックのこの拡張は、可溶導体の全長に作用する力にも関わらず、さらに限定され得る。これにより、材料が不都合なものであっても、通常の小さい構造サイズのヒューズへの完全な統合が可能になる。
【０１６７】
ヒューズ内の可能なストロークパスは、機械的ボトルネックを確実に破裂するために必要な経路の少なくとも２倍に画定され、かつ相応に設計される。しかしながら、経路は、十分な絶縁耐力を達成するために、より長くなるように設計されてもよい。
【０１６８】
引張り力を、可溶導体の機械的ボトルネックを有する唯一の領域に画定することにより、その拡張は、さらに低減され得る。
【０１６９】
図２０ａ〜図２０ｃは、追加の機械的ボトルネックの設計変形例を示す。
【０１７０】
図２０ａには、４つの通常のボトルネック２Ｂおよび変調度２を有する可溶導体１Ｂが示される。ボトルネックの長さは、４ｍｍであり、よって、定格アンペア数は、既に約１６０Ａにまで低減され得る。２５ｋＡ、１０／３５０マイクロ秒の負荷におけるボトルネックの加熱は、約７００℃であり、この場合も、十分な経年安定性が与えられる。予め決められる機械的破断点４Ｂは、最も簡単な打抜き方法によって製造されることができ、同時に通常の既知のボトルネックを有するように寸法決めされる。長さは、例えば０．５ｍｍである。しかしながら、横方向に配置される長円形の穴の断面は、通常のボトルネックより２０％縮小される。パルス負荷の場合、このボトルネックの温度は、他のボトルネックの温度と同じである。
【０１７１】
図２０ｂには、全長は等しいが菱形の幾何学形状を有するボトルネック４Ｂが示される。菱形は、全長に対する最小残存断面の面積を著しく短縮する。残りのボトルネックに関して言えば、同じ温度において、残存断面が６０％まで縮小され得る。機械的ボトルネックを破壊するために要する力は、同じ範囲で低減される。このようなボトルネックまたは類似するボトルネックの設計は、専ら再生製造の技術およびコストによって制限される。
【０１７２】
図２０ｃによれば、厚さ変調に限定されるボトルネック４Ｂの設計が実行されてもよい。この図において可溶導体１Ｂは、可溶導体の幅の上面図に示されていない。この図は、側面図における可溶導体１Ｂの厚さに関連している。例えば僅か５０〜１５０μｍであるボトルネック４Ｂの短い全体長さに渡る均一な両側変調により、断面積および必要な力は、パルス電流の場合と同じ加熱で、通常のボトルネックより約４０％低減され得る。図２０ｃにおいて、可溶導体の幅に渡って均一である残厚は、ボトルネックの全長の約３分の１であるにすぎない。
【０１７３】
図２０ｃによる変形例は、ボトルネックの非常に強い冷却を伴うパルス電流の場合に十分かつ均一な電流密度分布を可能にする設計を開示している。したがって、パルス電流の場合のボトルネックの加熱は、これが全体機能にとって有利であれば、より小さい残存断面および十分な力の減少にも関わらず、通常のボトルネックの加熱より著しく低いものであり得る。その場合はボトルネックの応答が回避されるべきであるパルス電流の場合に想定される同一の温度上昇は、電源周波数電流の場合の通常のボトルネックにおいてより高い温度をもたらし、よって、挙動が受動的であれば、牽引性ボトルネックにおけるアーク形成が回避され得る。約４ｋＡの短絡電流および約１０ミリ秒の仮想溶融時間による負荷において、牽引および引張りボトルネックにおける温度は、通常の既知のボトルネックが溶融温度に達した時点で、僅か２１１℃（Ｔ０＝２２℃）である。
【０１７４】
図２１ａおよび図２１ｂには、カプセル設計におけるＮＨヒューズの例示的な構造が断面図で示される。この場合、図２１ａは、正常状態を示し、図２１ｂは、トリガされた状態を示す。
【０１７５】
ヒューズは、好ましくは、絶縁ハウジング５Ｂと、ヒューズ両側の、何れの場合も金属製エンドキャップ６Ｂに接続するための２つの主たる可溶導体１Ｂとを有し、可溶導体１Ｂは、金属製エンドキャップ６Ｂへ接触される。
【０１７６】
点火装置７Ｂを起動するために、小さい構造サイズのヒューズは、少なくとも１つまたは２つの制御端子８Ｂのためのコンセントを呈する。制御端子８Ｂは、軸方向の外側へ案内されてもよいが、ヒューズのハウジングまたはエンドキャップから半径方向へも案内されてもよい。より大きいコンセントである場合は、無線起動も可能である。
【０１７７】
例えばブリッジイグナイタ７Ｂとして形成される点火手段は、小さい中空空間９Ｂ内に位置づけられ、かつ発射体１０Ｂにより包囲され、発射体１０Ｂは、ある種のピストン１１Ｂ内を案内される。発射体１０Ｂでは、２つの可溶導体１Ｂが各々、この場合は中央の機械的ボトルネック４Ｂへ剛結合される。
【０１７８】
この場合、結合は、例えば、はんだ付け、溶接または締付けによって、形状嵌合または力嵌合の方法で実行されてもよい。
【０１７９】
好ましくは、可溶導体は、発射体１０Ｂの円錐領域とさらなる円錐部１２Ｂとの間へ圧力下で締め付けられる。ブリッジイグナイタ７Ｂの起動の間に発射体１０Ｂへ力が加わると、締付け力が増加し続け、よって、クランプ接続の解除は不可能となる。構造空間が小さい場合、パーツは、円筒に形成されてもよく、かつ可溶導体は、半殻として形成されてもよい。
【０１８０】
ピストン１１Ｂの下方において、可溶導体は、消弧媒体で満たされた空間１３Ｂ内に位置づけられる。消弧媒体としては、好ましくは石英砂が使用される。可溶導体のボトルネックは、全て、好ましくは消弧媒体で包囲される。
【０１８１】
ピストン１１Ｂは、中間部１４Ｂ内に位置づけられ、当該中間部１４Ｂは、消弧媒体を含む空間を、発射体１０Ｂより上の中空空間１５Ｂから画定する。
【０１８２】
中間部１４Ｂは、絶縁部であってもよく、部分的もしくは完全に導電材料から製造されてもよい。
【０１８３】
中間部１４Ｂは、椀状に設計されてもよく、かつリムを介してハウジング部５Ｂの上に載っていてもよい。
【０１８４】
中間部１４Ｂとエンドキャップ６Ｂとの間には、可溶導体１Ｂがエンドキャップ６Ｂを介して接触する略環状部１６Ｂが設けられてもよい。
【０１８５】
可溶導体１Ｂとエンドキャップ６Ｂとの間の中間部１４Ｂを介する電流の流れは、必要であれば、適切な材料選択または絶縁層によって防止されてもよい。
【０１８６】
エンドキャップ６Ｂおよび部分５Ｂおよび１４Ｂ、ならびに１６Ｂは、エンドキャップ６Ｂを押すことによって最終的にヒューズが閉じられるように設計される。
【０１８７】
部分１４Ｂの、ピストン１１Ｂの下の領域では、消弧媒体に対して効果的な密封が作り出され、これにより、可溶導体が動いても、消弧媒体は、開封され得ない。
【０１８８】
消弧媒体のない空間１５Ｂにおけるピストン１１Ｂおよび発射体１０Ｂの上には、２つの可溶導体１Ｂが、軸に対して傾斜された領域により実現される。
【０１８９】
発射体１０Ｂが消弧媒体のない空間１５Ｂ内を移動する間、発射体１０Ｂとピストン１１Ｂとの間の密封案内は、機械的ボトルネック４Ｂにおいて可溶導体が破られて初めて無効にされる。
【０１９０】
図２１ｂは、切断された状態を示す。
【０１９１】
可溶導体の傾斜した領域は、消弧媒体のない空間内を移動する間に、最小の努力で準反対方向へ曲げられる。ストリップの曲がりは、閉鎖空間に対して空気の移動が生じないことに起因して、消弧媒体のない狭い容積内では、圧力補償を必要としない。この実施形態において有利には、可溶導体を接触させるためおよび絶縁ギャップを拡張するために、可溶導体をさらに遮断する、または接触させる必要がない。
【０１９２】
例として使用される可溶導体ストリップは、ヒューズを介して短い経路上を超低インピーダンスで、かつ逸脱または移動なしに案内されてもよい。総じて、超低インピーダンスの可溶導体材料は、こうした材料が破断した場合の比較的高い伸びにも関わらず使用される。この配置のインピーダンスは低く、よって、電流勾配が高くかつ電流が高い場合、ヒューズに渡るオーム電圧および誘導電圧の降下、延てはこの配置の保護レベルへの影響は、小さい。２５ｋＡ、８／２０マイクロ秒パルスの場合、電圧降下は、３００Ｖ未満、好ましくは２００Ｖ未満である。
【０１９３】
説明される配置の代替案として、発射体は、横方向接続ストリップ、フレキシブルライン、多接点システムまたはこれらに類似するものによって接続キャップへ直に、または間接的に接続されてもよい。可溶導体の領域は、この場合、この発射体において終わる。
【０１９４】
形状記憶合金または体積変化材料が使用される場合、これまでに述べたものに類似する構造が使用されてもよく、この場合、発射体とピストンとの間の密封は、省かれてもよい。形状記憶合金を用いる場合、引張り力の利用に際して、図２２ａおよび図２２ｂによる実施形態も可能である。
【０１９５】
図２２ａおよび図２２ｂでは、説明の便宜上、構造体の一部分のみを詳述している。外形が描かれたヒューズ１７Ｂ内のこの部分の、カプセル設計における位置は、破線領域によって示される。
【０１９６】
単純化を期して、図２２ａおよび図２２ｂによる動作モードを、１つの可溶導体１Ｂのみに基づいて説明する。可溶導体１Ｂは、略Ｕ字形の部分１８Ｂを有する。可溶導体自体は、２つのプレート状フィードスルー１９Ｂおよび２０Ｂを介して案内される。
【０１９７】
フィードスルーは、例えば、第１の固定プレート１９として実現され、可溶導体のＵ字形部分の領域内に位置づけられる。第２のプレート２０Ｂは、移動可能であって、軸方向の可溶導体領域への移行領域内に位置づけられる。２つのプレートの間を、可溶導体は、第２のプレート２０Ｂまで鋭角で延びる。
【０１９８】
追加の機械的ボトルネック４Ｂは、このＵ字形領域および第２のプレート２０Ｂの下流、ならびに消弧媒体から絶縁するためのさらなるプレート２１Ｂの下流に位置づけられる。ヒューズにおける２つのプレート間に、消弧媒体およびボトルネックは存在しない。
【０１９９】
第２のプレート２０ＢにＵ字形偏位方向の引張り力が加わると、引張り力は、機械的ボトルネック４Ｂへ直に引裂力として作用する。引張り力は、また、第２のプレートへ直にまたは間接的に、例えばこれを直にまたは間接的に加熱することにより取り付けられる形状記憶エレメント２２Ｂによって実現されてもよい。
【０２００】
プレート２１Ｂおよび１９Ｂは、可動プレート２０Ｂを含む可溶導体のＵ字形領域を消弧媒体の進入から密封する。
【０２０１】
領域２３Ｂおよび２４Ｂは、消弧媒体で満たされる。
【０２０２】
可溶導体の通常のボトルネックの大部分は、領域２３Ｂ内に位置づけられる。機械的ボトルネック４Ｂは、領域２４Ｂ内に位置づけられる。図２２ａは、通常動作の間の説明される配置を示し、図２２ｂは、ボトルネック遮断後の状態を示す。
【０２０３】
プレート１９Ｂが引っ張られると、これにより、可溶導体のＵ字形のルーティング領域に押圧作用が加わる。これにより、可溶導体は、プレート間に締め付けられ、さらなる動きによって、機械的ボトルネックに十分な引張り力による即時的負荷が生じ、これにより、機械的ボトルネック４Ｂに過負荷が加わる。
【０２０４】
ヒューズの起動は、選択されるアクチュエータに依存する。起動は、例えば形状記憶合金によって、またはブリッジイグナイタにおいて電流を介して、実行されてもよい。電流は、接続される電源から取得されても、その他別のストレージから取得されてもよい。この場合、ブリッジイグナイタにおいても、必要なエネルギーを送信機によりガルバニックに絶縁された方法で供給する可能性が与えられる。
【０２０５】
起動のためのトリガ回路は、起動が幾つかの基準によって実行され得るように実現される。既に論じたように、能動制御可能なスイッチ、または物理パラメータに即座に応答するスイッチであっても、使用されてもよい。
【０２０６】
例えば石英砂である消弧媒体内に位置づけられる可溶導体へ引張り力を加えることは、永久的なばね力によっても可能である。図２３による実施形態では、機械的ボトルネックに作用することになるのは引張り力ではなく、引張り力は、はんだ接合部に作用させられ、はんだ接合部は、反応箔（発熱反応）によって１ミリ秒以内に切断されることが可能である。拡張は、はんだ付け距離の長さと必要な絶縁距離とを含むストロークパスを必要とする。
【０２０７】
図２３によれば、ヒューズは、接続キャップ６Ｂを備えるハウジング５Ｂを有する。可溶導体１Ｂは、２つの領域に分割され、これらは、はんだ２５Ｂによって相互接続される。接続領域には、発熱性の反応箔２６Ｂが配置される。箔の反応は、補助ヒューズまたはスパーク発生器２７Ｂを介してトリガされてもよい。この場合、制御は、１本または２本の接続線８Ｂを介して実行される。接続点は、消弧媒体１３Ｂを含むヒューズ領域内に位置づけられる。この領域は、フィードスルー２８Ｂによって消弧媒体のない領域１５Ｂから密封される。この領域には、可溶導体１Ｂに予め機械的に張力を与えるばね２９Ｂが位置づけられる。はんだ接続部２５Ｂが切断された後、可溶導体１Ｂは、ねじれて（破線位置）領域１５Ｂを介して引っ張られ、よって、残された２つの可溶導体間に十分に長い絶縁距離が産出される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３】
2020506515.tif 000030
【国際調査報告】
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2020506515.tif 000032
2020506515.tif 000033
2020506515.tif 000034