JP2001359236A

JP2001359236A - 磁気バランス型自動高速限流装置

Info

Publication number: JP2001359236A
Application number: JP2000178169A
Authority: JP
Inventors: Kengo Hirose; 健吾廣瀬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2001-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】電灯線回路といった低圧回路においても簡易
に限流遮断が行え、しかも、簡素な構成で安価にかつ小
型に実現出来る自動高速限流装置を提供する。【解決手段】短絡電流Ｉ_Ｓが生じるとＰＴＣ１１ａ，
ｂに流れる電流が増加し、まず、ＰＴＣ１１ｂがその抵
抗率を増加させ、短絡電流Ｉ_Ｓはコイル１２ｂに転流す
る。この短絡電流Ｉ_Ｓは磁気回路に起動磁束Φ_２を発生
させ、打消電流Ｉ _Ｃ２を流す。このため、同じ磁気回路
に鎖交するコイル１２ｂは、この磁束Φ_２の増加を妨げ
る向きに誘起電流Ｉ_Ｃ１を発生させ、誘導磁束Φ_１を生
じさせる。ＰＴＣ１１ａには既に流れている電流Ｉ_Ｓに
加えて電流ΔＩ_Ｃ１が流れるため、急速にその温度を上
昇させて高抵抗状態になり、ＰＴＣ１１ａを流れていた
短絡電流Ｉ_Ｓもコイル１２ａに転流する。よって、短絡
電流Ｉ_Ｓは、各コイル１２ａ，１２ｂの直流抵抗分によ
ってＣＰ１３の電流遮断能力以下の電流値に直ちに限流
されて遮断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回路遮断手段が電
流遮断する事故電流を自動的に高速に限流する回路遮断
用自動高速限流装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の高速限流装置としては、
例えば、図１に示す直流高圧回路に用いられている限流
装置がある。この限流装置は、直流高圧回路に介挿され
た抵抗器１と、この抵抗器１に並列に接続された遮断器
２と、この遮断器２を動作させる指令装置３とから構成
されている。指令装置３には、直流高圧回路に流れる電
流の大きさを検知する電流センサ４が接続されている。
また、抵抗器１には遮断器５が直列に接続されている。

【０００３】このような構成において、遮断器２の抵抗
分は抵抗器１の抵抗分よりも小さいため、回路電流は定
常時には遮断器２および遮断器５を通って流れている。
回路に極めて大きな短絡電流Ｉ_Ｓが生じる非常時には、
この事故電流の発生を電流センサ４がいち早く検知し、
指令装置３は遮断器２を遮断させる。この結果、短絡電
流Ｉ_Ｓは遮断器２に並列に設けられている抵抗器１に転
流し、抵抗器１の抵抗分によって限流する。従って、短
絡電流Ｉ_Ｓの波高値の伸びが抑制され、遮断器５の責務
は軽減される。つまり、遮断器５が遮断する短絡電流Ｉ
_Ｓの大きさは小さくなり、小さなエネルギーの電流を遮
断すれば済むようになる。

【０００４】抵抗器１の抵抗値は、各遮断器２，５にど
のような遮断器を使用するか、回路の短絡電流Ｉ_Ｓがど
のような大きさかによって決められる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の高速限流装置は用いられる回路が高圧回路であり、
装置構成は大がかりなものになっている。従って、電灯
線回路といった低圧回路で上記のような限流遮断を行お
うと思っても、そのままの装置構成を適用することは出
来ない。

【０００６】また、抵抗器１に短絡電流を転流させる遮
断器２は、指令装置３の遠隔制御によって動作させる必
要がある。従って、上記従来の高速限流装置は、回路構
成上においても部品点数を要する構成になっている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、回路遮断手段に直列
接続された複数個の正特性サーミスタと、これら各サー
ミスタにそれぞれ並列接続されて１つの磁気回路を形成
する複数個のコイルと、回路遮断手段の電流遮断能力以
下の電流値に事故電流を限流する抵抗分とから、磁気バ
ランス型自動高速限流装置を構成した。

【０００８】サーミスタが２個から構成される場合、回
路電流は通常時には各サーミスタおよび回路遮断手段を
通って流れているが、事故電流が生じると、まず、いず
れか一方のサーミスタがより速く温度を上げて、そのサ
ーミスタは抵抗を上昇させる。このため、そのサーミス
タはさらに温度を増加させて高抵抗状態になり、事故電
流はそのサーミスタに並列に設けられた一方のコイルに
転流する。このコイルに転流した事故電流は磁気回路の
磁束を増加させるため、同じ磁気回路に鎖交する他方の
コイルは、電磁誘導の法則に従ってこの磁束の増加を妨
げる向きに誘起電流を発生させる。従って、一方のコイ
ルに事故電流が転流したことを契機として、他方のコイ
ルにこれに対抗する誘起電流が流れ、そのコイルに並列
接続されたサーミスタにも直ちに誘起電流が流れ、誘起
前の従来からの回路電流に加わってその温度を上昇させ
る。この結果、まず一方のサーミスタが温度を上げ、ト
リガ状態になると、磁気バランスコイルが発動して遅れ
たサーミスタを急速に温度上昇させ、両サーミスタにか
かる電圧のバランスを維持することになる。

【０００９】これら各コイルへの事故電流の転流は、事
故電流が増加する過渡現象時における各コイルの磁束変
化に基づいて行われるため、極めて短時間に行われる。
また、並列接続されたサーミスタが高抵抗状態になった
各コイルは、その直流抵抗分に応じて電源電圧をバラン
スよく分担して負担する。よって、事故発生時に各サー
ミスタを流れていた事故電流は、バランスよく瞬時に各
コイルを流れるようになり、抵抗分によって回路遮断手
段の電流遮断能力以下の電流値に直ちに限流され、つい
には、回路遮断手段によって遮断される。

【００１０】また、サーミスタが３個以上から構成され
る場合、回路電流は通常時には各サーミスタおよび回路
遮断手段を通って流れているが、事故電流が生じると、
まず、いずれかのサーミスタの温度上昇が先行する。そ
して、そのサーミスタはさらに抵抗率を増加させて高抵
抗状態になり、事故電流はそのサーミスタに並列に設け
られたコイルに転流する。このコイルに転流した事故電
流は磁気回路の磁束を増加させるため、同じ磁気回路に
鎖交する残りの各コイルは、電磁誘導の法則に従ってこ
の磁束の増加を妨げる向きにそれぞれ誘起電流を発生さ
せる。従って、いずれかのコイルに事故電流が転流した
ことを契機として、残りの各コイルにこれに対抗する誘
起電流が流れ、残りの各コイルに並列に接続された各サ
ーミスタにも直ちに誘起電流が流れ、誘起前の従来から
の回路電流に加わってそれぞれの温度を上昇させる。

【００１１】次に、これら各サーミスタのうちのいずれ
かがこの温度上昇によってその抵抗率をさらに増加させ
て高抵抗状態になり、そのサーミスタを流れていた事故
電流もこれに並列に接続されたコイルに転流する。この
コイルに転流した事故電流は磁気回路の磁束を再度増加
させるため、同じ磁気回路に鎖交する残りのコイルは、
電磁誘導の法則に従ってこの磁束の増加を妨げる向きに
それぞれ誘起電流を発生させる。従って、事故電流の今
回のコイルへの転流によっても、残りの各コイルにこれ
に対抗する誘起電流が流れ、未だ高抵抗状態になってい
ない各サーミスタに再度誘起電流が加わってそれぞれの
温度をさらに上昇させる。

【００１２】次に、これら各サーミスタのうちのいずれ
かがこの温度上昇によってその抵抗率をさらに増加させ
て高抵抗状態になり、そのサーミスタを流れていた事故
電流もこれに並列に接続されたコイルに転流する。この
事故電流の転流により、磁気回路の磁束は再々度増加す
る。以後、同様にして次々と残りのサーミスタが高抵抗
状態になり、事故電流は次々と残りのコイルに転流して
行く。ついには、全てのサーミスタが高抵抗状態にな
り、各サーミスタにかかる電圧のバランスを維持しなが
ら、事故電流は全て各コイルに転流する。

【００１３】サーミスタが高抵抗状態になって事故電流
が各コイルへ転流する際、抵抗率を増加させて高抵抗状
態になったサーミスタと、これに並列に接続されたコイ
ルとからなる磁気バランス回路は、一度サーミスタが高
抵抗状態になると高抵抗状態を維持するため、磁気回路
に磁束の変化が生じてもその閉回路に電流を流さなくな
るため、磁気バランス動作をしなくなり、磁気バランス
回路全体の磁気バランス動作から次々と外れて行く。

【００１４】これら各コイルへの事故電流の転流も、事
故電流が増加する過渡現象時における各コイルの磁束変
化に基づいて行われるため、極めて短時間に行われる。
また、並列接続されたサーミスタが高抵抗状態になった
各コイルは、その直流抵抗分に応じて電源電圧をバラン
スよく分担して負担する。サーミスタが次々と高抵抗状
態になって行くと、残されたサーミスタは、高抵抗状態
になる際に負担する電源電圧が小さくなって行く。この
ため、このサーミスタに並列に接続されたコイルに流れ
る電流が小さくなり、磁気回路に起きる磁束変化が次第
に小さくなって残されたコイルに誘起される電流は小さ
くなる。従って、残されたサーミスタに流れる電流は次
第に小さくなって行くが、磁気回路に磁束変化が生じる
毎に、サーミスタにはその磁束変化に応じた誘起電流が
流れ、サーミスタはエネルギを蓄積してその温度を高め
ていく。よって、残されたサーミスタは、始めに高抵抗
状態になったサーミスタに流れた電流に比較して小さな
電流であっても、容易にその温度を高めて高抵抗状態に
なる。

【００１５】従って、サーミスタが３個以上から構成さ
れる場合にも、事故発生時に各サーミスタを流れていた
事故電流は、バランスよく瞬時に各コイルを流れるよう
になり、抵抗分によって回路遮断手段の電流遮断能力以
下の電流値に直ちに限流され、ついには、回路遮断手段
によって遮断される。

【００１６】このため、本構成によれば、限流装置はサ
ーミスタ、コイルおよび抵抗分だけで簡単に構成され
る。また、事故電流をコイルに転流させるサーミスタ
は、従来のように外部から信号を与えることなく、自分
自身で自動的に動作する。

【００１７】また、本発明は、事故電流を限流する抵抗
分が、各コイルに直列に接続された直流抵抗の抵抗分と
複数個のコイルの合成直流抵抗分とによって形成された
り、複数個のコイルの合成直流抵抗分で形成されること
を特徴とする。

【００１８】抵抗分が複数個のコイルの合成直流抵抗分
で構成される場合には、各コイルに直列に直流抵抗を別
途設ける必要が無くなり、限流装置はさらに簡単に構成
される。

【００１９】また、本発明は、サーミスタに並列にバリ
スタが接続されていることを特徴とする。

【００２０】事故電流が大きい場合、サーミスタがトリ
ガして高抵抗状態になっても、サーミスタに電流がなお
も供給し続けられてその電圧を上昇し続けるが、本構成
によれば、バリスタによってこの電圧上昇が抑制され、
サーミスタの破壊が防止される。

【００２１】

【発明の実施の形態】次に、本発明による磁気バランス
型自動高速限流装置の第１の実施形態について説明す
る。

【００２２】図２は本実施形態による磁気バランス型自
動高速限流装置の構成を示す回路図である。自動高速限
流装置は、２個の正特性サーミスタ（以下、ＰＴＣと称
する）１１ａ，１１ｂと、これら各ＰＴＣ１１ａ，１１
ｂにそれぞれ並列に接続された２個のコイル１２ａ，１
２ｂと、これらコイル１２ａ，１２ｂの合成直流抵抗に
よって形成される抵抗分とから構成されている。

【００２３】ＰＴＣ１１ａ，１１ｂは導電性ポリマによ
って形成されており、温度の上昇に応じてその抵抗率が
増加する。つまり、この導電性ポリマは、ポリエチレン
その他の絶縁体のポリマにカーボンなどの導電性物質が
混入されて得られている。ポリマ内に存在する導電性物
質により、ＰＴＣ１１ａ，１１ｂ内には無数の導電性パ
ス（経路）が形成されており、常温では低い抵抗値を示
している。しかし、温度上昇に伴ってポリマが熱膨脹す
ると、導電性物質相互間の距離が増大して導電性パスが
徐々に切断され、抵抗率が増大する。この性質が利用さ
れ、ＰＴＣ１１ａ，１１ｂは過電流保護素子として機能
する。

【００２４】各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂは、回路遮断手段
を構成するサーキットプロテクタ（ＣＰ）１３に直列に
接続されている。ＣＰ１３は、回路を開閉する接点１３
ａ、閉じているこの接点１３ａを引き外す直列トリップ
コイル（Series Trip Coil)１１ｂ、およびシャントト
リップコイル（Shunt Trip Coil）１３cから構成されて
いる。接点１３ａは、直列トリップコイル１３ｂに所定
値以上の過電流が流れると引き外される。また、各ＰＴ
Ｃ１１ａ，１１ｂが高抵抗状態になって端子Ａ，Ｂ間に
所定値以上の電圧が生じ、シャントトリップコイル１３
ｃに電流が流れることによっても、接点１３ａは引き外
される。

【００２５】本実施形態におけるＣＰ１３は、直列トリ
ップコイル１３ｂおよびシャントトリップコイル１３ｃ
の両者を備えた構成の場合について説明しているが、い
ずれか一方のコイルのみを備えた構成であってもよい。
ただし、２つのコイル１３ｂ，１３ｃをＣＰ１３が備え
ていると、事故電流はより速くより確実に遮断される。

【００２６】各コイル１２ａ，１２ｂは、鉄心１４が挿
入されており、１つの磁気回路を形成する。鉄心１４の
形状は、内鉄型、外鉄型、トロイダル型等のいずれであ
ってもよい。各コイル１２ａ，１２ｂは巻き方向が同一
であり、その極性は直列に正接続されている。

【００２７】また、これらコイル１２ａ，１２ｂの合成
直流抵抗によって形成される抵抗分は、ＣＰ１３の電流
遮断能力以下の電流値に事故電流を限流する大きさに設
定されている。つまり、コイル１２ａ，１２ｂの直流抵
抗をｒａ，ｒｂ、ＣＰ１３の電流遮断能力以下に事故電
流を限流するのに必要な抵抗値をＲとすると、ｒａ＋ｒ
ｂ＝Ｒとなるように設定される。ここで、コイル１２
ａ，１２ｂの直流抵抗ｒａ，ｒｂがこの関係式を満足さ
せることが出来ない場合は、各コイル１２ａ，１２ｂに
直列に外付け抵抗を設け、上記の関係式を満足させる。
また、各コイル１２ａ，１２ｂは、定常状態および事故
電流遮断時に電源電圧を等しく分担するため、各直流抵
抗ｒａ，ｒｂが等しく設定されている。従って、ｒａ＝
ｒｂ＝Ｒ／２である。

【００２８】このような構成において、通常時には、Ｐ
ＴＣ１１ａ，１１ｂの抵抗分はコイル１２ａ，１２ｂの
直流抵抗分に比べて十分に低いため、回路電流のほとん
どは接点１３ａ、直列トリップコイル１３ｂおよびＰＴ
Ｃ１１ａ，１１ｂを通って流れている。例えば、限流装
置部分を一部拡大した図３（ａ）の回路図に示すよう
に、回路電流をＩ_０とすると、ＰＴＣ１１ａ，１１ｂに
は電流Ｉ_１，Ｉ_２、コイル１２ａ，１２ｂには電流Ｉ
_Ｌ１，Ｉ_Ｌ２が通常流れている。ここで、電流Ｉ_１と電
流Ｉ_２とはほぼ等しく、また、電流Ｉ_Ｌ１と電流Ｉ_Ｌ２
もほぼ等しい。また、電流Ｉ_Ｌ１，Ｉ_Ｌ２の大きさは極
めて小さい。

【００２９】しかし、短絡電流Ｉ_Ｓが生じるとＰＴＣ１
１ａ，１１ｂに流れる電流が増加し、本実施形態による
自動高速限流装置は次のように動作するものと考えられ
る。つまり、まず、いずれか一方のＰＴＣ１１ａ，１１
ｂがその温度を急激に上昇させる。例えば、ＰＴＣ１１
ｂがその抵抗率を増加させ、数ｍΩの低抵抗状態からＭ
Ωオーダの高抵抗状態に瞬時にトリップする。よって、
短絡電流Ｉ_Ｓは、ＰＴＣ１１ｂに並列に設けられた一方
のコイル１２ｂに瞬時に転流する。

【００３０】このコイル１２ｂに転流した短絡電流Ｉ_Ｓ
は、同図（ｂ）の回路図に示すように、鉄心１４を通っ
て形成される磁気回路に起動磁束Φ_２を発生させ、コイ
ル１２ｂおよびＰＴＣ１１ｂから構成される閉回路に打
消電流Ｉ_Ｃ２を流し、ＰＴＣ１１ｂに流れる電流を抑制
する。このため、同じ磁気回路に鎖交する他方のコイル
１２ａは、電磁誘導の法則に従ってこの磁束Φ_２の増加
を妨げる向きに誘起電流Ｉ_Ｃ１を発生させ、誘導磁束Φ
_１を生じさせる。この誘導磁束Φ_１は起動磁束Φ_２とほ
ぼ等しい大きさである。

【００３１】従って、一方のコイル１２ｂに短絡電流Ｉ
_Ｓが転流したことを契機として、他方のコイル１２ａに
これに対抗する誘起電流Ｉ_Ｃ１が流れ、他方のコイル１
２ａに並列接続された他方のＰＴＣ１１ａにも直ちにこ
の電流Ｉ_Ｃ１が流れ、ＰＴＣ１１ａには（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ
_Ｃ１）という大きな電流が流れ、その温度を急速に上昇
させる。ＰＴＣ１１ａはこの温度上昇によってその抵抗
率を増加させて高抵抗状態になり、ＰＴＣ１１ｂとのバ
ランスをとることになる。各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂがそ
れぞれトリガした後は、各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂの抵抗
値は極めて大きくなるので、各コイル１２ａ，１２ｂの
磁気バランサとしての電磁誘導作用は無視できる状態に
なり、各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂの電源電圧分担バランス
は各コイル１２ａ，１２ｂの直流抵抗分ｒａ，ｒｂにの
み依存することとなる。

【００３２】これら各コイル１２ａ，１２ｂへの短絡電
流Ｉ_Ｓの転流は、短絡電流Ｉ_Ｓが増加する過渡現象時に
おける各コイル１２ａ，１２ｂの磁束変化に基づいて行
われるため、極めて短時間に行われる。また、各コイル
１２ａ，１２ｂは、各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂの温度上昇
のバランスをとりながら各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂが同時
にトリガするように作用し、かつ、その直流抵抗分ｒ
ａ，ｒｂに応じて電源電圧をバランスよく分担するよう
に作用する。よって、事故発生時に各ＰＴＣ１１ａ，１
１ｂを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓは、バランスよく瞬時に
各コイル１２ａ，１２ｂを流れるようになり、各コイル
１２ａ，１２ｂの直流抵抗分ｒａ，ｒｂによってＣＰ１
３の電流遮断能力以下の電流値に直ちに限流され、つい
には、ＣＰ１３によって遮断される。

【００３３】図４（ａ）のグラフは、短絡電流Ｉ_Ｓの遮
断実験において、各ＰＴＣ１１ａ，１１ｂ間に現れた遮
断電圧波形Ｖ１，Ｖ２を示している。なお、同グラフの
横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖを表している。時間軸の１
div.（ディビジョン）は２msecである。各電圧波形Ｖ
１，Ｖ２はコイル１２ａ，１２ｂの磁気バランス作用に
よって一致しており、１つの電圧波形として示されてい
る。また、同図（ｂ）のグラフは、時間軸だけを同図
（ａ）の時間軸に対して２０倍し、電圧波形Ｖ２を電圧
軸の方向にグラフの１div.だけシフトして表示したもの
である。同図（ｂ）のグラフより、各電圧波形Ｖ１，Ｖ
２がほぼ同一の波形を呈していることが理解される。

【００３４】このため、本実施形態によれば、限流装置
はＰＴＣ１１ａ，１１ｂ、コイル１２ａ，１２ｂおよび
抵抗分だけで簡単に構成される。また、事故電流を限流
する抵抗分が各コイル１２ａ，１２ｂの合成直流抵抗分
で構成される場合には、各コイル１２ａ，１２ｂに直列
に直流抵抗を別途設ける必要が無くなり、限流装置はさ
らに簡単に構成される。また、事故電流をコイル１２
ａ，１２ｂに転流させるＰＴＣ１１ａ，１１ｂは、従来
のように外部から信号を与えることなく、自分自身で自
動的に動作する。

【００３５】次に、本発明による磁気バランス型自動高
速限流装置の第２の実施形態について説明する。

【００３６】図５は本実施形態による磁気バランス型自
動高速限流装置の構成を示す回路図である。なお、同図
において図２と同一部分には同一符号をしてその説明は
省略する。本実施形態による自動高速限流装置は、４個
のＰＴＣ２１ａ〜２１ｄと、これら各ＰＴＣ２１ａ〜２
１ｄにそれぞれ並列に接続された４個のコイル２２ａ〜
２２ｄと、これらコイル２２ａ〜２２ｄの合成直流抵抗
によって形成される抵抗分とから構成されており、さら
に各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄに並列にバリスタ（以下、Ｚ
ＮＲと称する）２４ａ〜２４ｄを備えている。

【００３７】ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄは前述した導電性ポ
リマによって形成されており、温度の上昇に応じてその
抵抗率が増加する。各コイル２２ａ〜２２ｄは、鉄心２
３が挿入されており、１つの磁気回路を形成する。これ
ら各コイル２２ａ〜２２ｄも巻き方向が同一であり、そ
の極性は直列に正接続されている。また、これらコイル
２２ａ〜２２ｄの合成直流抵抗によって形成される抵抗
分も、ＣＰ１３の電流遮断能力以下の電流値に事故電流
を限流する大きさに設定されている。つまり、コイル２
２ａ〜２２ｄの直流抵抗をｒａ〜ｒｄ、ＣＰ１３の電流
遮断能力以下に事故電流を限流するのに必要な抵抗値を
Ｒとすると、ｒａ＋ｒｂ＋ｒｃ＋ｒｄ＝Ｒとなるように
設定される。

【００３８】ここでも、コイル２２ａ〜２２ｄの直流抵
抗ｒａ〜ｒｄがこの関係式を満足させることが出来ない
場合は、各コイル２２ａ〜２２ｄに直列に外付け抵抗を
設け、上記の関係式を満足させる。また、各コイル２２
ａ〜２２ｄは、定常状態および事故電流遮断時に電源電
圧を等しく分担するため、各直流抵抗ｒａ〜ｒｄが等し
く設定されている。従って、ｒａ＝ｒｂ＝ｒｃ＝ｒｄ＝
Ｒ／４であり、電源電圧を４Ｖ_Ｐとすると各コイル２２
ａ〜２２ｄはそれぞれ電圧Ｖ_Ｐを分担している。

【００３９】このような構成において、通常時には、Ｐ
ＴＣ２１ａ〜２１ｄの抵抗分はコイル２２ａ〜２２ｄの
直流抵抗分に比べて十分に低いため、回路電流のほとん
どは接点１３ａ、直列トリップコイル１３ｂおよびＰＴ
Ｃ２１ａ〜２１ｄを通って流れている。例えば、限流装
置部分を一部拡大した図６（ａ）の回路図に示すよう
に、回路電流をＩ_０とすると、ＰＴＣ２１ａ，２１ｂ，
２１ｃ，２１ｄには電流Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４、コイ
ル２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄには電流Ｉ_Ｌ _１，Ｉ
_Ｌ２，Ｉ_Ｌ３，Ｉ_Ｌ４が通常流れている。ここで、電流
Ｉ_１〜電流Ｉ_４はほぼ等しく、また、電流Ｉ_Ｌ１〜電流
Ｉ_Ｌ４もほぼ等しい。また、電流Ｉ_Ｌ１〜Ｉ_Ｌ４の大き
さは極めて小さい。

【００４０】しかし、短絡電流Ｉ_Ｓが生じるとＰＴＣ２
１ａ〜２１ｄに流れる電流が増加し、本実施形態による
自動高速限流装置は次のように動作するものと考えられ
る。つまり、まず、いずれかのＰＴＣ２１ａ〜２１ｄが
その温度を急激に上昇させる。例えば、ＰＴＣ２１ｂが
その抵抗率を増加させ、数ｍΩの低抵抗状態からＭΩオ
ーダの高抵抗状態に瞬時にトリップする。よって、ＰＴ
Ｃ２１ｂにはほぼその時点での全回路電圧に近い電圧Ｖ
_Ｐが印加され、短絡電流Ｉ_Ｓは、ＰＴＣ２１ｂに並列に
設けられたコイル２２ｂに瞬時に転流する。なお、電圧
Ｖ_Ｐの値はその時点その時点で変化する。

【００４１】このコイル２２ｂに転流した短絡電流Ｉ_Ｓ
は、同図（ｂ）に示すように、鉄心２３を通って形成さ
れる磁気回路に起動磁束Φを発生させ、コイル２２ｂお
よびＰＴＣ２１ｂから構成される閉回路に打消電流Ｉ
_Ｃ２を流し、ＰＴＣ２１ｂに流れる電流を抑制する。こ
のため、同じ磁気回路に鎖交する残りのコイル２２ａ，
２２ｃ，２２ｄは、電磁誘導の法則に従ってこの磁束Φ
の増加を妨げる向きにそれぞれ誘起電流Ｉ_Ｃ１，
Ｉ_Ｃ３，Ｉ_Ｃ４を発生させ、それぞれ誘導磁束（１／
３）・Φを生じさせる。

【００４２】この際、ＰＴＣ２１ａ，２１ｃ，２１ｄに
は、ＰＴＣ２１ｂに発生するほぼ＋Ｖ_Ｐの電圧に対抗す
るほぼ−（１／３）・Ｖ_Ｐの電圧がそれぞれ発生して、
それらＰＴＣ２１ａ，２１ｃ，２１ｄの早期なトリガを
促すことになる。短絡電流Ｉ _Ｓが特に大きいとか、他の
ＰＴＣ２１ａ，２１ｃ，２１ｄのトリガが何らかの原因
で遅れたりして、ＰＴＣ２１ｂの電圧がＶ_Ｐを越えるお
それのある場合は、ＺＮＲ２４ｂが動作してこれを抑制
するため、ＰＴＣ２１ｂは、その破壊が防止されると共
に、放熱に時間がかかって高抵抗状態になっている間だ
け暫定的に電圧Ｖ_Ｐを分担維持する。

【００４３】従って、コイル２２ｂに短絡電流Ｉ_Ｓが転
流したことを契機として、残りの各コイル２２ａ，２２
ｃ，２２ｄにこれに対抗する誘起電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ３，
Ｉ_Ｃ _４が流れ、各コイル２２ａ，２２ｃ，２２ｄに並列
接続された各ＰＴＣ２１ａ，２１ｃ，２１ｄにも直ちに
電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ３，Ｉ_Ｃ４がそれぞれ流れる。よっ
て、ＰＴＣ２１ａ，２１ｃ，２１ｄには（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ
_Ｃ１），（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ_Ｃ３），（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ_Ｃ４）とい
う大きな電流がそれぞれ流れ、その温度をさらに上昇さ
せる。

【００４４】また、この際、抵抗率を増加させて高抵抗
状態になったＰＴＣ２１ｂと、これに並列に接続された
コイル２２ｂとからなる磁気バランス回路は、一度ＰＴ
Ｃ２１ｂが高抵抗状態になると高抵抗状態を維持するた
め、鉄心２３を通って形成される磁気回路に磁束の変化
が生じてもその閉回路に電流を流さなくなるため、磁気
バランス動作をしなくなり、磁気バランス回路全体の磁
気バランス動作から外れる。

【００４５】次に、これら各ＰＴＣ２１ａ，２１ｃ，２
１ｄのうちのいずれか、例えば、ＰＴＣ２１ｃがこの温
度上昇によってその抵抗率をさらに増加させて高抵抗状
態になり、そのＰＴＣ２１ｃを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓ
もこれに並列接続されたコイル２２ｃに転流する。この
際には、コイル２２ｂに流れる電流の時間変化は無くな
っており、また、上述したようにＺＮＲ２４ｂが電圧Ｖ
_Ｐを分担しており、今回トリガしたＰＴＣ２１ｃにはＶ
_Ｐの回路電圧が印加される。

【００４６】従って、コイル２２ｃに転流した短絡電流
Ｉ_Ｓは、同図（ｃ）に示すように、磁気回路に磁束Φを
発生させ、コイル２２ｃおよびＰＴＣ２１ｃからなる閉
回路に打消電流Ｉ_Ｃ３を生じさせる。よって、ＰＴＣ２
１ｃを流れる電流はこの打消電流Ｉ_Ｃ３によって抑制さ
れる。また、磁気回路の磁束は再度増加させられるた
め、同じ磁気回路に鎖交する残りのコイル２２ａ，２２
ｄは、電磁誘導の法則に従ってこの磁束Φの増加を妨げ
る向きにそれぞれ誘起電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ４を発生させ
る。従って、短絡電流Ｉ_Ｓの今回のコイル２２ｃへの転
流によっても、残りの各コイル２２ａ，２２ｄにこれに
対抗する電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ４が流れて磁束（１／２）・
Φが発生し、未だ高抵抗状態になっていない各ＰＴＣ２
１ａ，２１ｄに再度電流（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ_Ｃ１），（Ｉ_Ｓ＋
ΔＩ_Ｃ４）が流れてそれぞれの温度をさらに上昇させ
る。

【００４７】この際、ＰＴＣ２１ａ，２１ｄには、ＰＴ
Ｃ２１ｃに発生するほぼ＋Ｖ_Ｐの電圧に対抗するほぼ−
（１／２）・Ｖ_Ｐの電圧がそれぞれ発生する。ＰＴＣ２
１ｃに過渡的に発生する＋Ｖ_Ｐの過大電圧は、これに並
列接続されたＺＮＲ２４ｃに吸収され、この過大電圧に
よってＰＴＣ２１ｃが破壊されるのが防止される。ま
た、短絡電流Ｉ_Ｓが大きい場合、ＰＴＣ２１ｃがトリガ
して高抵抗状態になっても、ＰＴＣ２１ｃに電流がなお
も供給し続けられてその電圧を上昇し続けるが、ＺＮＲ
２４ｃによってこの電圧上昇が抑制され、ＰＴＣ２１ｃ
はその破壊が防止される。その後、ＺＮＲ２４ｃは回路
電圧Ｖ_Ｐを分担維持する。

【００４８】次に、これら各ＰＴＣ２１ａ，２１ｄのう
ちのいずれか、例えば、ＰＴＣ２１ａがこの温度上昇に
よってその抵抗率をさらに増加させて高抵抗状態にな
り、ＰＴＣ２１ａを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓもこれに並
列に接続されたコイル２２ａに転流する。この際には、
コイル２２ｃに流れる電流の時間変化は無くなってお
り、また、ＺＮＲ２４ｂ，２４ｃがそれぞれ電圧Ｖ_Ｐを
分担しており、今回トリガしたＰＴＣ２１ａにはＶ_Ｐの
回路電圧が印加される。

【００４９】従って、コイル２２ａに転流した短絡電流
Ｉ_Ｓは、同図（ｄ）に示すように、磁気回路に磁束Φを
発生させ、コイル２２ａおよびＰＴＣ２１ａからなる閉
回路に打消電流Ｉ_Ｃ１を生じさせる。よって、ＰＴＣ２
１ａを流れる電流はこの打消電流Ｉ_Ｃ１によって抑制さ
れる。また、磁気回路の磁束は再々度増加させられるた
め、同じ磁気回路に鎖交する残りのコイル２２ｄは、電
磁誘導の法則に従ってこの磁束Φの増加を妨げる向きに
誘起電流Ｉ_Ｃ４を発生させる。従って、短絡電流Ｉ_Ｓの
今回のコイル２２ａへの転流によっても、残りのコイル
２２ｄにこれに対抗する電流Ｉ_Ｃ４が流れて磁束Φが発
生し、未だ高抵抗状態になっていないＰＴＣ２１ｄに再
々度電流（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ_Ｃ４）が流れてその温度をさらに
上昇させる。この際、ＰＴＣ２１ｄには、ＰＴＣ２１ａ
に発生するほぼ＋Ｖ_Ｐの電圧に対抗するほぼ−Ｖ_Ｐの電
圧が発生する。

【００５０】最後に、ＰＴＣ２１ｄがこの温度上昇によ
ってその抵抗率をさらに増加させて高抵抗状態になり、
ＰＴＣ２１ｄを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓもこれに並列に
接続されたコイル２２ｄに転流する。この際には、コイ
ル２２ａに流れる電流の時間変化は無くなっており、ま
た、ＺＮＲ２４ａ，２４ｂ，２４ｃがそれぞれ電圧Ｖ _Ｐ
を分担しており、今回トリガしたＰＴＣ２１ｄにはＶ_Ｐ
の回路電圧が印加される。

【００５１】従って、コイル２２ｄに転流した短絡電流
Ｉ_Ｓは、同図（ｅ）に示すように、磁気回路に磁束Φを
発生させ、コイル２２ｄおよびＰＴＣ２１ｄからなる閉
回路に打消電流Ｉ_Ｃ４を生じさせる。よって、ＰＴＣ２
１ｄを流れる電流はこの打消電流Ｉ_Ｃ４によって抑制さ
れる。

【００５２】このように本実施形態による自動高速限流
装置では、短絡電流Ｉ_Ｓは次々と各コイル２２ｂ，２２
ｃ，２２ａ，２２ｄに転流して行き、ついには、全ての
ＰＴＣ２１ｂ，２１ｃ，２１ａ，２１ｄが高抵抗状態に
なって短絡電流Ｉ_Ｓは全て各コイル２２ａ〜２２ｄに転
流する。また、ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄが高抵抗状態にな
って短絡電流Ｉ_Ｓが各コイル２２ａ〜２２ｄへ転流する
際、抵抗率を増加させて高抵抗状態になったＰＴＣ２１
ａ〜２１ｄと、これに並列に接続されたコイル２２ａ〜
２２ｄとからなる各磁気バランス回路は、一度ＰＴＣ２
１ａ〜２１ｄが高抵抗状態になると高抵抗状態を維持す
るため、磁気回路に磁束の変化が生じてもその閉回路に
電流を流さなくなるため、磁気バランス動作をしなくな
り、磁気バランス回路全体の磁気バランス動作から次々
と外れて行く。

【００５３】これら各コイル２２ａ〜２２ｄへの短絡電
流Ｉ_Ｓの転流も、短絡電流Ｉ_Ｓが増加する過渡現象時に
おける各コイル２２ａ〜２２ｄの磁束変化に基づいて行
われるため、極めて短時間に行われる。また、各コイル
２２ａ〜２２ｄは、各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄの温度上昇
のバランスをとりながら各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄが同時
にトリガするように作用し、かつ、その直流抵抗分ｒ
ａ，ｒｂ，ｒｃ，ｒｄに応じて電源電圧をバランスよく
分担するように作用する。よって、事故発生時に各ＰＴ
Ｃ２１ａ〜２１ｄを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓは、バラン
スよく瞬時に各コイル２２ａ〜２２ｄを流れるようにな
り、各コイル２２ａ〜２２ｄの直流抵抗分ｒａ，ｒｂ，
ｒｃ，ｒｄによってＣＰ１３の電流遮断能力以下の電流
値に直ちに限流され、ついには、ＣＰ１３によって遮断
される。

【００５４】また、ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄが次々と高抵
抗状態になって行くと、残されたＰＴＣ２１ａ〜２１ｄ
に流れる電流が小さくなるため、ＰＴＣ内に発生するジ
ュール損も小さくなり、残されたＰＴＣのトリガ時間は
長くなるように考えられる。しかし、トリガによって他
のＰＴＣに誘起される電流によるジュール損は、逆に
（１／３）・Ｗ，（１／２）・Ｗ，Ｗと回を重ねる毎
に、結合するバランサの減少によって増加するため、そ
のエネルギ蓄積効果と共に、トリガ時間は短くなる傾向
がある。

【００５５】例えば、上述した例においては、最後にト
リガするＰＴＣ２１ｄに並列接続されたコイル２２ｄに
は、他のＰＴＣ２１ｂ，２１ｃ，２１ａがトリガする毎
に磁束（１／３）・Φ，（１／２）・Φ，Φが発生す
る。このため、ＰＴＣ２１ｄには、他のＰＴＣ２１ｂ，
２１ｃ，２１ａがトリガする毎に、各磁束の大きさに応
じた誘起電流Ｉ_Ｃ４が流れ、ＰＴＣ２１ｄはエネルギを
蓄積してその温度を高めていく。よって、残されたＰＴ
Ｃ２１ｄは、始めに高抵抗状態になったＰＴＣ２１ｂに
流れた電流に比較して小さな電流であっても、容易にそ
の温度を高めて高抵抗状態になる。

【００５６】従って、４個のＰＴＣ２１ａ〜２１ｄから
構成される本実施形態の自動高速限流装置の場合にも、
事故発生時に各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄを流れていた事故
電流は、バランスよく瞬時に各コイル２２ａ〜２２ｄを
流れるようになり、抵抗分ｒａ，ｒｂ，ｒｃ，ｒｄによ
ってＣＰ１３の電流遮断能力以下の電流値に直ちに限流
され、ついには、ＣＰ１３によって遮断される。

【００５７】図７（ａ）のグラフは、上述した本実施形
態による自動高速限流装置を用いた短絡電流Ｉ_Ｓの遮断
実験において得られた遮断電流波形を示している。な
お、同グラフの横軸は時間ｔ、縦軸は電流Ｉを表してい
る。時間軸の１div.は２msecである。同図（ｂ）のグラ
フは、ＰＴＣ２１ａに現れた遮断電圧波形Ｖ１、ＰＴＣ
２１ａ，２１ｂの両端間に現れた遮断電圧波形Ｖ２、Ｐ
ＴＣ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの両端間に現れた遮断電圧
波形Ｖ３、およびＰＴＣ２１ａ〜２１ｄの両端間に現れ
た遮断電圧波形Ｖ４を示している。なお、同グラフの横
軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖを表している。時間軸の１di
v.は０．５msecである。

【００５８】図８（ａ）のグラフは、図７（ａ）に示す
遮断電流波形を図７（ｂ）に示す電圧波形と同じく時間
軸を０．５msec／１div.にして表した波形であり、同図
（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の各グラフは、理解を
容易にするために図７（ｂ）に示す電圧波形から求め
た、各ＰＴＣ２１ｄ，２１ｃ，２１ｂ，２１ａ毎に加わ
る電圧波形を示したものである。これら各グラフの横軸
は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖを表しており、時間軸は同図
（ａ）に示す電流波形と同じく０．５msec／１div.であ
る。各電圧波形は図７（ｂ）に示すグラフの電圧波形Ｖ
１〜Ｖ４から求められる。つまり、同図（ｂ）に示すＰ
ＴＣ２１ｄの電圧波形はＶ４−Ｖ３、同図（ｃ）に示す
ＰＴＣ２１ｃの電圧波形はＶ３−Ｖ２、同図（ｄ）に示
すＰＴＣ２１ｂの電圧波形はＶ２−Ｖ１によって求めら
れ、同図（ｅ）に示すＰＴＣ２１ａの電圧波形は図７
（ｂ）に示す電圧波形Ｖ１と同じである。

【００５９】これら各グラフに示されるＴ１，Ｔ２，Ｔ
３，Ｔ４は、それぞれＰＴＣ２１ｂ，２１ｃ，２１ａ，
２１ｄが高抵抗状態にトリップする時間である。これら
各時間Ｔ１〜Ｔ４は同グラフから理解されるように１ms
ec以内にあり、上述した本実施形態による高速限流装置
は極めて短時間に動作し、１msec以内に短絡電流Ｉ_Ｓの
限流を終えることを示している。

【００６０】このような本実施形態によっても、限流装
置はＰＴＣ２１ａ〜２１ｄ、コイル２２ａ〜２２ｄ、Ｚ
ＮＲ２４ａ〜２４ｄおよび抵抗分だけで簡単に構成され
る。また、事故電流を限流する抵抗分が各コイル２２ａ
〜２２ｄの合成直流抵抗分で構成される場合には、コイ
ル２２ａ〜２２ｄに直列に直流抵抗を別途設ける必要が
無くなり、限流装置はさらに簡単に構成される。また、
事故電流をコイル２２ａ〜２２ｄに転流させるＰＴＣ２
１ａ〜２１ｄは、従来のように外部から信号を与えるこ
となく、自分自身で自動的に動作する。

【００６１】また、本実施形態では、各ＰＴＣ２１ａ〜
２１ｄに並列にＺＮＲ２４ａ〜２４ｄが接続されている
ため、事故電流が各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄから各コイル
２２ａ〜２２ｄに転流して行く際、各ＰＴＣ２１ａ〜２
１ｄは、コイル２２ａ〜２２ｄの磁束変化によって誘起
される過大な電圧が印加されるのがＺＮＲ２４ａ〜２４
ｄによって防止される。また、短絡電流Ｉ_Ｓが大きい場
合、各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄがトリガして高抵抗状態に
なっても、各ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄに電流がなおも供給
し続けられてその電圧を上昇し続けるが、ＺＮＲ２４ａ
〜２４ｄによってこの電圧上昇が抑制され、各ＰＴＣ２
１ａ〜２１ｄの破壊が防止される。

【００６２】また、上述した本実施形態による自動高速
限流装置の動作の説明では、まず、１個のＰＴＣがトリ
ガした場合について説明したが、２個のＰＴＣがほぼ同
時にトリガする場合も考えられる。例えば、短絡電流Ｉ
_Ｓが生じてＰＴＣ２１ａ〜２１ｄに流れる電流が増加
し、まず、２個のＰＴＣ２１ｂ，２１ｃがその温度を急
激に上昇させ、これらがほぼ同時に高抵抗状態にトリッ
プしたとする。この場合には、ＰＴＣ２１ｂ，２１ｃに
それぞれ回路電圧Ｖ_Ｐが印加され、短絡電流Ｉ_Ｓは、Ｐ
ＴＣ２１ｂ，２１ｃに並列に設けられた各コイル２２
ｂ，２２ｃに瞬時に転流する。

【００６３】コイル２２ｂ，２２ｃに転流した短絡電流
Ｉ_Ｓは、図９（ａ）に示すように、鉄心２３を通って形
成される磁気回路にそれぞれ起動磁束Φを発生させ、コ
イル２２ｂおよびＰＴＣ２１ｂから構成される閉回路に
打消電流Ｉ_Ｃ２、コイル２２ｃおよびＰＴＣ２１ｃから
構成される閉回路に打消電流Ｉ_Ｃ３を流し、ＰＴＣ２１
ｂおよびＰＴＣ２１ｃに流れる電流を抑制する。このた
め、同じ磁気回路に鎖交する残りのコイル２２ａ，２２
ｄは、電磁誘導の法則に従って各磁束Φの増加を妨げる
向きにそれぞれ誘起電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ４を発生させ、そ
れぞれ誘導磁束Φを生じさせる。

【００６４】この際、ＰＴＣ２１ａ，２１ｄには、ＰＴ
Ｃ２１ｂ，２１ｃにそれぞれ発生するほぼ＋Ｖ_Ｐの電圧
に対抗するほぼ−Ｖ_Ｐの電圧がそれぞれ発生する。ＰＴ
Ｃ２１ｂ，２１ｃに過渡的に発生する＋Ｖ_Ｐの過大電圧
は、これに並列接続されたＺＮＲ２４ｂ，２４ｃに吸収
され、この過大電圧によってＰＴＣ２１ｂ，２１ｃが破
壊されるのが防止される。また、短絡電流Ｉ_Ｓが大きい
場合、ＰＴＣ２１ｂ，２１ｃがトリガして高抵抗状態に
なっても、ＰＴＣ２１ｂ，２１ｃに電流がなおも供給し
続けられてその電圧を上昇し続けるが、ＺＮＲ２４ｂ，
２４ｃによってこの電圧上昇が抑制され、ＰＴＣ２１
ｂ，２１ｃはその破壊が防止される。その後、ＺＮＲ２
４ｂ，２４ｃはそれぞれ回路電圧Ｖ_Ｐを分担維持する。

【００６５】従って、コイル２２ｂ，２２ｃに短絡電流
Ｉ_Ｓが転流したことを契機として、残りの各コイル２２
ａ，２２ｄにこれに対抗する誘起電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ４が
流れ、各コイル２２ａ，２２ｄに並列接続された各ＰＴ
Ｃ２１ａ，２１ｄにも直ちに電流Ｉ_Ｃ１，Ｉ_Ｃ４がそれ
ぞれ流れる。よって、ＰＴＣ２１ａ，２１ｄには（Ｉ _Ｓ
＋ΔＩ_Ｃ１），（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ_Ｃ４）という大きな電流が
流れ、その温度を急速に上昇させる。

【００６６】次に、これら各ＰＴＣ２１ａ，２１ｄのう
ちのいずれか、例えば、ＰＴＣ２１ａがこの温度上昇に
よってその抵抗率をさらに増加させて高抵抗状態にな
り、そのＰＴＣ２１ａを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓもこれ
に並列接続されたコイル２２ａに転流する。この際に
は、コイル２２ｂ，２２ｃに流れる電流の時間変化は無
くなっており、また、上述したようにＺＮＲ２４ｂ，２
４ｃがそれぞれ電圧Ｖ_Ｐを分担しており、今回トリガし
たＰＴＣ２１ａにはＶ_Ｐの回路電圧が印加される。

【００６７】従って、コイル２２ａに転流した短絡電流
Ｉ_Ｓは、同図（ｂ）に示すように、磁気回路に磁束Φを
発生させ、コイル２２ａおよびＰＴＣ２１ａからなる閉
回路に打消電流Ｉ_Ｃ１を生じさせる。よって、ＰＴＣ２
１ａを流れる電流はこの打消電流Ｉ_Ｃ１によって抑制さ
れる。また、磁気回路の磁束は再度増加させられるた
め、同じ磁気回路に鎖交する残りのコイル２２ｄは、電
磁誘導の法則に従ってこの磁束Φの増加を妨げる向きに
誘起電流Ｉ_Ｃ４を発生させる。従って、短絡電流Ｉ_Ｓの
今回のコイル２２ａへの転流によっても、残りのコイル
２２ｄにこれに対抗する電流Ｉ_Ｃ４が流れて磁束Φが発
生し、未だ高抵抗状態になっていないＰＴＣ２１ｄに再
度電流（Ｉ_Ｓ＋ΔＩ_Ｃ４）が流れてその温度をさらに上
昇させる。

【００６８】この際、ＰＴＣ２１ｄには、ＰＴＣ２１ａ
に発生するほぼ＋Ｖ_Ｐの電圧に対抗するほぼ−Ｖ_Ｐの電
圧が発生する。ＰＴＣ２１ａに過渡的に発生する＋Ｖ_Ｐ
の過大電圧は、これに並列接続されたＺＮＲ２４ａに吸
収され、この過大電圧によってＰＴＣ２１ａが破壊され
るのが防止される。また、短絡電流Ｉ_Ｓが大きい場合、
ＰＴＣ２１ａがトリガして高抵抗状態になっても、ＰＴ
Ｃａに電流がなおも供給し続けられてその電圧を上昇し
続けるが、ＺＮＲ２４ａによってこの電圧上昇が抑制さ
れ、ＰＴＣ２１ａはその破壊が防止される。その後、Ｚ
ＮＲ２４ａは回路電圧Ｖ_Ｐを分担維持する。

【００６９】最後に、ＰＴＣ２１ｄがこの温度上昇によ
ってその抵抗率をさらに増加させて高抵抗状態になり、
ＰＴＣ２１ｄを流れていた短絡電流Ｉ_Ｓもこれに並列に
接続されたコイル２２ｄに転流する。この際には、コイ
ル２２ａに流れる電流の時間変化は無くなっており、ま
た、ＺＮＲ２４ａ，２４ｂ，２４ｃがそれぞれ電圧Ｖ _Ｐ
を分担しており、今回トリガしたＰＴＣ２１ｄには回路
電圧Ｖ_Ｐが印加される。

【００７０】従って、コイル２２ｄに転流した短絡電流
Ｉ_Ｓは、同図（ｃ）に示すように、磁気回路に磁束Φを
発生させ、コイル２２ｄおよびＰＴＣ２１ｄからなる閉
回路に打消電流Ｉ_Ｃ４を生じさせる。よって、ＰＴＣ２
１ｄを流れる電流はこの打消電流Ｉ_Ｃ１によって抑制さ
れる。

【００７１】このように最初に２個のＰＴＣ２１ｂ，２
１ｃがほぼ同時にトリガした場合においても、短絡電流
Ｉ_Ｓは次々と各コイル２２ｂ，２２ｃ，２２ａ，２２ｄ
に転流して行き、ついには、全てのＰＴＣ２１ｂ，２１
ｃ，２１ａ，２１ｄが高抵抗状態になって短絡電流Ｉ_Ｓ
は全て各コイル２２ａ〜２２ｄに転流する。従って、こ
の場合においても上述した作用・効果が奏される。

【００７２】図１０に示す自動高速限流装置は、図５に
示す上述した第２の実施形態による自動高速限流装置に
おけるコイル２２ａ〜２２ｄが抵抗３１ａ〜３１ｄによ
って構成されるものであり、本出願人が別途の特許出願
（特開平１１−２７３５３４号）で提案している自動高
速限流装置である。なお、図１０において図５と同一部
分は同一符号を付してその説明は省略する。この自動高
速限流装置では、ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄが高抵抗状態に
トリップすると、短絡電流Ｉ_Ｓは、これに並列接続され
た抵抗３１ａ〜３１ｄに転流し、各抵抗３１ａ〜３１ｄ
の抵抗分によって限流される。

【００７３】図１１は図１０に示す自動高速限流装置を
用いた短絡電流Ｉ_Ｓの遮断実験において得られた遮断電
流波形を示している。なお、同グラフの横軸は時間ｔ、
縦軸は電流Ｉを表している。時間軸の１div.は０．５ms
ecである。同図（ｂ）のグラフは、ＰＴＣ２１ａに現れ
た遮断電圧波形Ｖ１、ＰＴＣ２１ａ，２１ｂの両端間に
現れた遮断電圧波形Ｖ２、ＰＴＣ２１ａ，２１ｂ，２１
ｃの両端間に現れた遮断電圧波形Ｖ３、およびＰＴＣ２
１ａ〜２１ｄの両端間に現れた遮断電圧波形Ｖ４を示し
ている。なお、同グラフの横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖ
を表している。時間軸の１div.は０．５msecである。

【００７４】図１２（ａ）のグラフは、図１１（ａ）に
示す遮断電流波形と同じであり、時間軸は０．５msec／
１div.である。同図（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）の
各グラフは、理解を容易にするために図１１（ｂ）に示
す電圧波形から求めた、各ＰＴＣ２１ｄ，２１ｃ，２１
ｂ，２１ａ毎に加わる電圧波形を示したものである。こ
れら各グラフの横軸は時間ｔ、縦軸は電圧Ｖを表してお
り、時間軸は同図（ａ）に示す電流波形と同じく０．５
msec／１div.である。これら各電圧波形も図１１（ｂ）
に示すグラフの電圧波形Ｖ１〜Ｖ４から求められる。つ
まり、同図（ｂ）に示すＰＴＣ２１ｄの電圧波形はＶ４
−Ｖ３、同図（ｃ）に示すＰＴＣ２１ｃの電圧波形はＶ
３−Ｖ２、同図（ｄ）に示すＰＴＣ２１ｂの電圧波形は
Ｖ２−Ｖ１によって求められ、同図（ｅ）に示すＰＴＣ
２１ａの電圧波形は図１１（ｂ）に示す電圧波形Ｖ１と
同じである。

【００７５】これら各グラフに示されるＴ１，Ｔ２，Ｔ
３，Ｔ４は、それぞれＰＴＣ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，
２１ｄが高抵抗状態にトリップする時間である。同グラ
フから理解されるように、３個のＰＴＣ２１ａ，２１
ｂ，２１ｄがトリップする時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４は１ms
ec以内にあるが、ＰＴＣ２１ｃが最後にトリップする時
間Ｔ３は同図（ｃ）に示すように非常に遅れている。こ
の原因は、ＰＴＣ２１ｃを時間Ｔ３でトリガさせるため
の電流Ｉ_Ｃ３（同図（ａ）参照）は、最初にトリップし
た３個のＰＴＣ２１ａ，２１ｂ，２１ｄによって限流さ
せられたためと考えられる。

【００７６】つまり、図１０に示す自動高速限流装置で
は、各ＰＴＣ２１ａ〜２２ｄの動作タイミングのバラン
スが良好にとれず、全ＰＴＣ２１ａ〜２１ｄがトリップ
してＣＰ１３が遮断することが出来る電流値にまで短絡
電流Ｉ_Ｓを限流するのに、約３．５msecの時間がかかっ
ている。これに対して前述した第２の実施形態による自
動高速限流装置では、図８を用いて説明したように、１
msec以内で限流が行われており、さらに、限流値は図１
０に示す自動高速限流装置の場合よりも小さく抑えられ
ている。

【００７７】このように事故電流を抵抗に転流させて限
流を行う自動高速限流装置では、ＰＴＣのトリガが進む
に連れて残ったＰＴＣをトリガさせるためのエネルギ源
となる電圧が過度に小さくなり、最後に残ったＰＴＣの
トリガは難しくなる傾向がある。これに対して事故電流
をコイルに転流させて限流を行う前述した各実施形態に
よる自動高速限流装置では、各ＰＴＣは、前述したよう
に、各ＰＴＣのトリガ毎に過渡現象によるエキサイティ
ング・エネルギが与えられ、かつ、一度トリガしたＰＴ
Ｃは高抵抗状態になってその回路部分をオープン状態と
させていくため、最後に残されるＰＴＣのトリガは速く
確実に行われる。

【００７８】なお、上述した各実施形態においては、限
流された事故電流を最終的に遮断する回路遮断手段とし
てＣＰを用いた場合について説明したが、ＣＰの代わり
にＮＦＢ（ノーフューズブレーカ）を用いてもよい。さ
らに、接点を有しない無接点の半導体スイッチ、例え
ば、パワー・トランジスタ（ＰＴ），ゲート・ターン・
オフ・サイリスタ（ＧＴＯ）やＩＧＢＴといった素子を
回路遮断手段に用いてもよい。また、上述した各実施形
態による限流装置は交流回路にも直流回路にも適用する
ことが可能である。このような各場合においても、上記
各実施形態と同様な効果が奏される。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
灯線回路といった低圧回路においても簡易に限流遮断が
行える。しかも、限流装置は、特別の制御をする必要も
なく、簡素な構成で安価にかつ小型に実現することが出
来る。

【００８０】また、事故電流を限流する抵抗分が複数個
のコイルの合成直流抵抗分で構成される場合には、コイ
ルに直列に直流抵抗を別途設ける必要が無くなり、限流
装置はさらに簡単に構成される。また、サーミスタに並
列にバリスタが接続されている場合には、事故電流が各
サーミスタから各コイルに転流して行く際、各サーミス
タは、過度にその電圧を上げることをバリスタによって
制限され、破壊することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の高速限流装置を示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施形態による磁気バランス型
自動高速限流装置を示す回路図である。

【図３】第１の実施形態による自動高速限流装置の作用
を示す回路図である。

【図４】第１の実施形態による自動高速限流装置を用い
た遮断実験で得られた遮断電圧波形を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の第２の実施形態による磁気バランス型
自動高速限流装置を示す回路図である。

【図６】第２の実施形態による自動高速限流装置の作用
を示す回路図である。

【図７】第２の実施形態による自動高速限流装置を用い
た遮断実験で得られた遮断電流波形および遮断電圧波形
を示すグラフである。

【図８】第２の実施形態による自動高速限流装置を用い
た遮断実験において各ＰＴＣに現れる遮断電圧波形を示
すグラフである。

【図９】第２の実施形態による自動高速限流装置の別の
作用を示す回路図である。

【図１０】事故電流を抵抗に転流させて限流する自動高
速限流装置を示す回路図である。

【図１１】図１０に示す自動高速限流装置を用いた遮断
実験で得られた遮断電流波形および遮断電圧波形を示す
グラフである。

【図１２】図１０に示す自動高速限流装置を用いた遮断
実験において各ＰＴＣに現れる遮断電圧波形を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ，２１ａ〜２１ｄ…正極性サーミスタ
（ＰＴＣ）１２ａ，１２ｂ，２２ａ〜２２ｄ…コイル１３…サーキットプロテクタ（ＣＰ）１３ａ…ＣＰ１３の接点１３ｂ…ＣＰ１３の直列トリップコイル１３ｃ…ＣＰ１３のシャントトリップコイル１４，２３…鉄心２４ａ〜２４ｄ…バリスタ（ＺＮＲ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路遮断手段に直列接続された複数個の
正特性サーミスタと、これら各サーミスタにそれぞれ並
列に接続されて１つの磁気回路を形成する複数個のコイ
ルと、前記回路遮断手段の電流遮断能力以下の電流値に
事故電流を限流する抵抗分とから構成される磁気バラン
ス型自動高速限流装置。
【請求項２】前記各コイルに直列に接続された直流抵
抗を備え、前記抵抗分は、これら直流抵抗の各抵抗分
と、複数個の前記コイルの合成直流抵抗分とによって形
成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気バラン
ス型自動高速限流装置。
【請求項３】前記抵抗分は、複数個の前記コイルの合
成直流抵抗分によって形成されることを特徴とする請求
項１に記載の磁気バランス型自動高速限流装置。
【請求項４】前記サーミスタに並列にバリスタが接続
されていることを特徴とする請求項１から請求項３のい
ずれか１項に記載の磁気バランス型自動高速限流装置。