JP2009232588A - Ｓｐｄ切り離し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の配線用遮断器や漏電遮断器の誤動作、あるいは電流ヒューズの溶断により正常のＳＰＤが切り離されることを未然に防止すると共に、従来の配線用遮断器や漏電遮断器の接点溶着を未然に防止して短絡故障のＳＰＤを安全に切り離す。
【解決手段】 電源線路と大地との間に挿入したＳＰＤの前段に設置され、ＳＰＤの故障時にそのＳＰＤを電源線路から切り離すものであって、ＳＰＤを電源線路から切り離す接点機構およびサージ専用ヒューズを備え、接点機構の遮断特性Ｘとサージ専用ヒューズの遮断特性Ｙとの交点Ｓを境界として、その交点Ｓにおける電流値よりも小さい第一電流領域Ｍで発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤを接点機構により電源線路から切り離し、交点Ｓにおける電流値よりも大きい第二電流領域Ｎで発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤをサージ専用ヒューズにより電源線路から切り離し、接点機構とサージ専用ヒューズとを相互の遮断特性Ｘ，Ｙの交点Ｓで時限協調させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、雷撃によるサージ電圧を吸収して電気機器を保護するＳＰＤ（Surge Protective Device：サージ防護デバイス）に故障が発生した場合にそのＳＰＤを電源線路から切り離すＳＰＤ切り離し装置に関する。

雷害を防止する目的から、単相または三相交流電路から工場や一般家庭に引き込まれる電源線路と大地間に、雷撃による過渡的な過電圧であるサージ電圧を吸収して電気機器を保護するデバイスとしてＳＰＤが設置されている（例えば、特許文献１参照）。このＳＰＤ用素子としては、酸化亜鉛形バリスタが一般的に使用されている。

この酸化亜鉛形バリスタは、雷サージを繰り返し放電することや過大な雷サージが入力することにより経時的に劣化する。酸化亜鉛形バリスタが劣化すると、漏れ電流が増加して発熱し、熱暴走による発煙発火の原因となる。また、ＳＰＤのサージ耐量を超える大きなサージ電流が流れるとＳＰＤが故障して電気機器と大地間が瞬時に短絡する。その短絡状態が継続すると電源設備や周辺の電気機器に対して悪影響を与える。

特に、短絡容量が大きな箇所にＳＰＤを設置する場合、ＳＰＤの故障により発生する短絡状態を回避するためには、ＳＰＤ設置箇所における短絡容量以上の遮断容量を有する遮断器を設ける必要がある。このような大きな遮断容量を有する遮断器を設置すると、遮断器自体の大型化で経済的にコストアップを招くと共に広い設置スペースを必要とする。

また、直撃雷などのように非常に大きなエネルギーから電気機器を保護する直撃雷用ＳＰＤの場合、そのＳＰＤに付設する配線用遮断器、漏電遮断器や電流ヒューズなどの切り離し装置が重要であるが、ＳＰＤの性能に追従する性能、例えば、直撃雷サージ電流に匹敵する２５ｋＡで１０×３５０μｓ波形試験電流に耐える配線用遮断器、漏電遮断器や電流ヒューズなどの切り離し装置が存在しないというのが現状であった。
特開２００５−１０２４１５号公報

ところで、既存の配線用遮断器や漏電遮断器をＳＰＤの前段に設置した場合、その配線用遮断器や漏電遮断器に内蔵された接点を含む切り離し機構への大きなサージ電流通過時、その切り離し機構に瞬間的に作用する電磁力により、配線用遮断器や漏電遮断器が遮断する誤動作が発生したり、また、配線用遮断器や漏電遮断器に内蔵されたＺＣＴにより大きなサージ電流を検出した場合、そのＺＣＴの二次側に発生する振動出力によっても配線用遮断器や漏電遮断器が遮断する誤動作が発生したりする。この配線用遮断器や漏電遮断器の誤動作が発生すると、正常なＳＰＤが電源線路から切り離されるという不具合が生じる。

また、接触抵抗や導電部自体の抵抗によって発生するジュール熱および切り離し機構に作用する電磁反発力で瞬間的な浮き上がり現象が生じて接点が溶着したりする不具合が発生する。このような接点溶着が発生すると、配線用遮断器に交流事故電流が流れた時や漏電遮断器に交流漏洩電流が流れた時に、それら配線用遮断器や漏電遮断器を正常に遮断することができないことになる。この接点溶着により配線用遮断器や漏電遮断器を正常に遮断することができないと、ＳＰＤが故障している場合にそのＳＰＤを電源線路から切り離すことができず、電源線路が短絡状態になるという不具合が生じる。

一方、低圧の電流ヒューズをＳＰＤの前段に設置した場合、例えば交流２００Ｖ／１００ｋＡの遮断容量の性能を有する１００Ａ定格電流程度の電流ヒューズであっても、前述の直撃雷サージ電流に匹敵する２５ｋＡで１０×３５０μｓ波形試験電流を電流ヒューズに流すと、その電流ヒューズが溶断あるいは容器破損に至って実用に耐えることが困難であるというのが現状であった。この場合、正常のＳＰＤが電源線路から切り離されるという不具合が生じる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、従来の配線用遮断器や漏電遮断器の誤動作、あるいは電流ヒューズの溶断により正常なＳＰＤが切り離されることを未然に防止すると共に、従来の配線用遮断器や漏電遮断器の接点溶着を未然に防止して故障のＳＰＤを安全に切り離し得るＳＰＤ切り離し装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電源線路と大地との間に挿入したＳＰＤの前段に設置され、ＳＰＤ故障時にそのＳＰＤを電源線路から切り離すものであって、ＳＰＤを電源線路から切り離す接点機構およびサージ専用ヒューズを備え、接点機構の遮断特性とサージ専用ヒューズの遮断特性との交点を境界として、その交点における電流値よりも小さい第一電流領域で発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤを接点機構により電源線路から切り離し、電流値よりも大きい第二電流領域で発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤをサージ専用ヒューズにより電源線路から切り離し、接点機構とサージ専用ヒューズとを相互の遮断特性の交点で時限協調させたことを特徴とする。

ここで、「接点機構の遮断特性」とは、接点機構が有する接点に流れる交流事故電流あるいは交流漏洩電流に対してその接点が切り離されるまでの時間の関係を示す時限特性曲線を意味し、「サージ専用ヒューズの遮断特性」とは、サージ専用ヒューズに流れる交流事故電流に対してそのサージ専用ヒューズが溶断するまでの時間との関係を示す時限特性曲線を意味する。

また、「第一電流領域で発生したＳＰＤ故障電流」とは、ＳＰＤ故障時に発生した線間絶縁低下による小さな交流事故電流と、ＳＰＤ故障時に発生した大地間絶縁低下による小さな交流漏洩電流を意味し、「第二電流領域で発生したＳＰＤ故障電流」とは、ＳＰＤ故障時に発生した線間絶縁低下による大きな交流事故電流を意味する。

さらに、サージ専用ヒューズには、所定の耐サージ電流通過性能および遮断性能を備えた電流ヒューズを使用することが可能である。ここで、「所定の耐サージ電流通過性能」とは、ＳＰＤの耐サージ性能に基づいて決定されるもので、ＳＰＤが吸収し得るサージ電流の通過に耐え得る性能を意味し、また、「所定の遮断性能」とは、サージ専用ヒューズが設置される箇所で必要とされる遮断容量で、ＳＰＤ故障時に発生した線間絶縁低下による大きな交流事故電流に対して遮断する性能を意味する。

なお、このサージ専用ヒューズとは電流ヒューズに系統づけされるが、一般的な交流定格の電流ヒューズと異なりＳＰＤ専用の保護ヒューズである。従って、常時は電流が流れることなく、電流定格に対してはＳＰＤ定格仕様に対応する最大サージ電流に耐える性能と、設置箇所で必要とされる交流の遮断性能とに限定される。これにより同じ遮断容量であっても小型のヒューズが可能となる。

本発明では、接点機構およびサージ専用ヒューズの遮断特性を、両者の遮断特性の交点を境界として第一電流領域とその第一電流領域を超える第二電流領域とに二分し、交点における電流値よりも小さい第一電流領域で発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤを接点機構により電源線路から切り離し、交点の電流値よりも大きい第二電流領域で発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤをサージ専用ヒューズにより電源線路から切り離す。このように、接点機構とサージ専用ヒューズとを相互の遮断特性の交点で時限協調させることにより、ＳＰＤ故障時、小さな交流事故電流や交流漏洩電流に対するＳＰＤの切り離しを実行する接点機構と、大きな交流事故電流に対するＳＰＤの切り離しを実行するサージ専用ヒュ−ズとで役割分担させている。

この接点機構とサージ専用ヒューズとの役割分担により、ＳＰＤ正常時、従来の配線用遮断器や漏電遮断器に相当する接点機構の誤動作や、従来の電流ヒューズに相当するサージ専用ヒューズの溶断が発生することはない。また、ＳＰＤ故障時に発生した小さな交流事故電流や交流漏洩電流に対しては接点機構によりＳＰＤを切り離し、ＳＰＤ故障時に発生した大きな交流事故電流に対してはサージ専用ヒューズによりＳＰＤを切り離すため、従来の配線用遮断器や漏電遮断器の全領域故障電流遮断に相当する機能を有している。

本発明のＳＰＤ切り離し装置では、接点機構とサージ専用ヒュ−ズとを同一の収納ケース内で一体構成することが望ましい。このように接点機構とサージ専用ヒューズとを同一の収納ケース内で一体構成すれば、装置のコンパクト化が実現容易となる。さらに、接点機構とサージ専用ヒュ−ズに加えてＳＰＤも同一の収納ケース内で一体構成することが好ましい。このように接点機構とサージ専用ヒューズとＳＰＤとを同一の収納ケース内で一体構成すれば、装置のコンパクト化の実現がより一層容易となる。

本発明における接点機構は、固定接点部とその固定接点部と突合せ可能に対向配置された可動接点部とを備え、固定接点部の外側と可動接点部の外側に、サ−ジ電流により現出する電磁力でもって可動接点部に固定接点部への吸引力を作用させる一対の磁性鉄片を対向配置した構造が望ましい。このようにすれば、接点機構に流れるサージ電流により一対の磁性鉄片に現出する電磁力でもって、可動接点部に固定接点部への吸引力を作用させることができる。その結果、サージ電流により現出する電磁力でもって可動接点部が固定接点部から浮き上がることを抑制できる。

本発明における接点機構における接点材質をタングステンカ−バイトと銀の合金とすることが望ましい。このように、接点材質をタングステンカ−バイトと銀の合金とすれば、接点機構の接点の耐溶着性と遮断性能を向上させることが可能となる。

本発明における接点機構は電源線路からの電圧供給により充電されるコンデンサが付設され、ＳＰＤ故障時にコンデンサの充電エネルギーにより接点機構を自動で開放することが望ましい。このように、電源線路からの電圧供給により充電されるコンデンサを設け、そのコンデンサの充電エネルギーにより接点機構を自動で開放すれば、ＳＰＤが故障しても、接点機構を自動で開放するためのエネルギーを確保することができ、故障のＳＰＤを電源線路から確実に切り離すことが容易となる。

本発明におけるサージ専用ヒューズには、そのサージ専用ヒューズがＳＰＤ故障時に溶断したことを検出する遮断検知部が付設され、その遮断検知部の出力に基づいて接点機構を自動で開放することが望ましい。このように、遮断検知部を設けたことにより、過大な雷サ−ジによりサージ専用ヒューズが溶断した時に接点機構を自動で開放することで故障のＳＰＤを電源線路から確実に切り離すことができる。

本発明では、接点機構とサージ専用ヒューズとを相互の遮断特性の交点で時限協調させることにより、小さな交流事故電流や交流漏洩電流に対するＳＰＤの切り離しを実行する接点機構と、大きな交流事故電流に対するＳＰＤの切り離しを実行するサージ専用ヒュ−ズとで役割分担させている。

この接点機構とサージ専用ヒューズとの役割分担により、ＳＰＤ正常時、従来の配線用遮断器や漏電遮断器に相当する接点機構の誤動作や、従来の電流ヒューズに相当するサージ専用ヒューズの溶断が発生することはない。その結果、正常なＳＰＤが切り離されることを未然に防止できる。また、ＳＰＤ故障時に発生した小さな交流事故電流や交流漏洩電流に対しては接点機構によりＳＰＤを切り離し、ＳＰＤ故障時に発生した大きな交流事故電流に対してはサージ専用ヒューズによりＳＰＤを切り離すため、従来の配線用遮断器や漏電遮断器に相当する接点機構の接点溶着が発生することはない。その結果、故障のＳＰＤを安全に切り離すことができる。このようにして、信頼性の高いＳＰＤ切り離し装置を提供できる。

本発明に係るＳＰＤ切り離し装置の実施形態を以下に詳述する。以下の実施形態では、交流単相３線式あるいは交流三相３線式の配電線から工場や一般家庭に分岐した電源線路と大地との間に挿入したＳＰＤの前段に設置され、ＳＰＤ故障時にそのＳＰＤを電源線路から切り離すＳＰＤ切り離し装置を例示する。

この実施形態におけるＳＰＤ切り離し装置は、ＳＰＤ１ａ〜１ｃを電源線路２ａ〜２ｃから切り離す接点機構３ａ〜３ｃおよびサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃを備えている（図２参照）。図１は、このＳＰＤ切り離し装置が具備する接点機構３ａ〜３ｃの遮断特性Ｘとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの遮断特性Ｙの時限協調を示す特性である。ここで、接点機構３ａ〜３ｃの遮断特性Ｘは、接点機構３ａ〜３ｃが有する接点に流れる交流事故電流あるいは交流漏洩電流に対してその接点が切り離されるまでの時間の関係を示す時限特性曲線であり、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの遮断特性Ｙは、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃに流れる交流事故電流に対してそのサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃが溶断するまでの時間の関係を示す時限特性曲線である。

このＳＰＤ切り離し装置では、図１に示すように、接点機構３ａ〜３ｃの遮断特性Ｘとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの遮断特性Ｙとの交点Ｓを境界として、その交点Ｓにおける電流値Ｌよりも小さい第一電流領域Ｍで発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤ１ａ〜１ｃを接点機構３ａ〜３ｃにより電源線路２ａ〜２ｃから切り離し、交点Ｓにおける電流値Ｌよりも大きい第二電流領域Ｎで発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤ１ａ〜１ｃをサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃにより電源線路１ａ〜１ｃから切り離し、接点機構３ａ〜３ｃとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃとを相互の遮断特性Ｘ，Ｙの交点Ｓで時限協調させている。この実施形態では、接点機構３ａ〜３ｃの遮断特性Ｘとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの遮断特性Ｙとの交点Ｓにおける電流値Ｌを例えば約１．０ｋＡとしている。

ここで、第一電流領域Ｍで発生したＳＰＤ故障電流としては、ＳＰＤ故障時に発生した線間絶縁低下による小さな交流事故電流と、ＳＰＤ故障時に発生した大地間絶縁低下による小さな交流漏洩電流があり、第二電流領域Ｎで発生したＳＰＤ故障電流としては、ＳＰＤ故障時に発生した線間絶縁低下による大きな交流事故電流がある。

このように、接点機構３ａ〜３ｃとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃとを相互の遮断特性Ｘ，Ｙの交点Ｓで時限協調させることにより、小さい事故電流や漏洩電流に対するＳＰＤ１ａ〜１ｃの切り離しを実行する接点機構３ａ〜３ｃと、大きい事故電流や漏洩電流、直撃雷などの雷撃によるサージ電流に対するＳＰＤ１ａ〜１ｃの切り離しを実行するサージ専用ヒュ−ズ４ａ〜４ｃとで役割分担させている。

この接点機構３ａ〜３ｃとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃとの役割分担により、ＳＰＤ正常時、従来の配線用遮断器や漏電遮断器に相当する接点機構３ａ〜３ｃの誤動作や、従来の電流ヒューズに相当するサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの溶断が発生することはない。また、ＳＰＤ故障時に発生した小さな交流事故電流や交流漏洩電流に対しては接点機構３ａ〜３ｃによりＳＰＤ１ａ〜１ｃを切り離し、ＳＰＤ故障時に発生した大きな交流事故電流に対してはサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃによりＳＰＤ１ａ〜１ｃを切り離すため、従来の配線用遮断器や漏電遮断器に相当する接点機構３ａ〜３ｃの接点溶着が発生することはない。

つまり、接点機構３ａ〜３ｃでは小さい交流事故電流や交流漏洩電流で遮断機能を発揮するので、高速遮断や大きな遮断能力を必要とすることはない。また、従来のように大きな交流事故電流を遮断するときに必要とされる切り離し機構が不要となって小型化が可能であり、大きなサージ電流でもって切り離し機構に瞬間的に作用する電磁力により遮断動作するような誤動作の発生もなくなる。接点機構３ａ〜３ｃに大電流サージに対する接点溶着が発生することもない。

電源線路２ａ〜２ｃと大地との間に挿入したＳＰＤ１ａ〜１ｃの前段に設置されたＳＰＤ切り離し装置は、図２〜図４に示すように接点機構３ａ〜３ｃとサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃを備えた構成となっている。この電源線路２ａ〜２ｃには負荷として電気機器５が接続されている。なお、図では電源線路２ａ〜２ｃに対してサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃ、接点機構３ａ〜３ｃの順でＳＰＤ１ａ〜１ｃに接続した場合を例示しているが、電源線路２ａ〜２ｃに対して接点機構３ａ〜３ｃ、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの順でＳＰＤ１ａ〜１ｃに接続することも可能である。

前述の接点機構３ａ〜３ｃは、その接点が手動で開閉される他、交流事故電流あるいは交流漏洩電流の発生時に接点が自動で開放される必要がある。そこで、図２〜図４に示す接点機構３ａ〜３ｃは、交流事故電流あるいは交流漏洩電流の発生時、電源線路２ａ〜２ｃからの電圧供給により接点を自動的に開放するための切り離し用コイル部６を備えている。また、線間絶縁低下により接点機構３ａ〜３ｃに流れる交流事故電流を検出する過電流検出センサ７ａ，７ｃの検出信号と、大地間絶縁低下により接点機構３ａ〜３ｃに流れる交流漏洩電流を検出する漏電センサ８からの検出信号とに基づいて、切り離し用コイル部６に電源線路２ａ〜２ｃからの電圧を供給するコイル駆動部９を備えている。

ここで、従来の配線用遮断器では、交流事故電流あるいは交流漏洩電流の発生時、交流事故電流あるいは交流漏洩電流自体のエネルギーにより接点を自動で開放する瞬時切り離し機構を具備していた。これに対して、図２〜図４に示す接点機構３ａ〜３ｃでは、従来の配線用遮断器における瞬時切り離し機構がなく、電源線路２ａ〜２ｃからの電圧を切り離し用コイル部６に供給することによりその切り離し用コイル部６を駆動させて接点を自動で開放するようにしている。ただし、ＳＰＤ１ａ〜１ｃに故障が発生すると、電源線路２ａ〜２ｃでの電圧降下により切り離し用コイル部６を駆動させるのに十分なエネルギー供給が困難となる。

そこで、図２〜図４に示す接点機構３ａ〜３ｃでは、整流回路２５およびコンデンサ２６を付設することにより、電源線路２ａ〜２ｃから取り込んだ交流電圧を整流回路２５で整流してコンデンサ２６に充電し、そのコンデンサ２６の充電エネルギーをコイル駆動部９を介して切り離し用コイル部６に供給する。このようにすれば、ＳＰＤ１ａ〜１ｃの故障発生により電源線路２ａ〜２ｃでの電圧降下があったとしても、コンデンサ２６の充電エネルギーにより切り離し用コイル部６を駆動させて接点機構３ａ〜３ｃの接点を自動で確実に開放することができ、ＳＰＤ１ａ〜１ｃを電源線路２ａ〜２ｃから確実に切り離すことが可能となる。

また、図２〜図４に示すサージ専用ヒューズには、そのサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃがＳＰＤ故障時に溶断したことを検出する遮断検知部２７が付設され、その遮断検知部２７からの検出信号を切り離し用コイル部６へ出力する。これにより、ＳＰＤ故障時にサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃが溶断したことを遮断検知部２７で検出し、その検出信号に基づいて切り離し用コイル部６を駆動させて接点機構３ａ〜３ｃの接点を自動で開放する。このようにすれば、過大な雷サ−ジにより少なくとも一つのサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃが遮断した時でも接点機構３ａ〜３ｃを自動で開放することで故障のＳＰＤ１ａ〜１ｃを電源線路２ａ〜２ｃから確実に切り離すことができる。

図２に示す実施形態のＳＰＤ切り離し装置では、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃ、接点機構３ａ〜３ｃおよびＳＰＤ１ａ〜１ｃをそれぞれ独立した収納ケース１０〜１２内で構成している。サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの収納ケース１０にはサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの電源側接続端子１３ａ〜１３ｃおよび負荷側接続端子１４ａ〜１４ｃが設けられている。接点機構３ａ〜３ｃの収納ケース１１には接点機構３ａ〜３ｃの電源側接続端子１５ａ〜１５ｃおよび負荷側接続端子１６ａ〜１６ｃが設けられている。ＳＰＤ１ａ〜１ｃの収納ケース１３にはＳＰＤ１ａ〜１ｃの電源側接続端子１７ａ〜１７ｃおよび接地端子１８が設けられている。

図３に示す実施形態のＳＰＤ切り離し装置は、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとを同一の収納ケース１９内で構成すると共に、ＳＰＤ１ａ〜１ｃを別の収納ケース１２内で構成している。サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとを一体構成にした収納ケース１９にはサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの電源側接続端子１３ａ〜１３ｃおよび接点機構３ａ〜３ｃの負荷側接続端子１６ａ〜１６ｃが設けられている。ＳＰＤ１ａ〜１ｃの収納ケース１２にはＳＰＤ１ａ〜１ｃの電源側接続端子１７ａ〜１７ｃおよび接地端子１８が設けられている。

図４に示す実施形態のＳＰＤ切り離し装置は、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとＳＰＤ１ａ〜１ｃとを同一の収納ケース２０内で構成している。サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとＳＰＤ１ａ〜１ｃとを一体構成にした収納ケース２０にはサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの電源側接続端子１３ａ〜１３ｃおよびＳＰＤ１ａ〜１ｃの接地端子１８が設けられている。

図３に示すようにサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとを同一の収納ケース１９内で構成した場合、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとをそれぞれ独立した収納ケース１０，１１内で構成した場合（図２参照）と比較して、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの負荷側接続端子１４ａ〜１４ｃと接点機構３ａ〜３ｃの電源側接続端子１５ａ〜１５ｃが不要となり部品点数の低減が図れ、接続工程も不要となるので組立工数の低減も図れ、装置の小型化も可能となる。

図４に示すようにサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとＳＰＤ１ａ〜１ｃとを同一の収納ケース２０内で構成した場合、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの負荷側接続端子１４ａ〜１４ｃと接点機構３ａ〜３ｃの電源側接続端子１５ａ〜１５ｃに加えて、接点機構３ａ〜３ｃの負荷側接続端子１６ａ〜１６ｃとＳＰＤ１ａ〜１ｃの電源側接続端子１７ａ〜１７ｃも不要となり部品点数をさらに低減させることができ、接続工程も不要となるので組立工数をさらに低減することができ、装置をさらに小型化することが可能となる。

一方、前述したように、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃ、あるいは、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとＳＰＤ１ａ〜１ｃとを同一の収納ケース１９，２０内で構成することにより装置の小型化を図ることで、例えば直撃雷などの大きなサージ電流が流れる接点機構３ａ〜３ｃとコイル駆動部９が近接配置されることになる。そのため、コイル駆動部９を構成する電子回路部品などに対するサージ電流の強電界作用がもたらす誘導での誤動作や電子回路部品の破壊などの課題が生じる。この対策としてサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃ、接点機構３ａ〜３ｃおよびコイル駆動部９における部品配置やシ−ルド構造が重要となる。

例えば、大きなサージ電流が流れる接点機構３ａ〜３ｃやサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃから電子回路部品との離隔距離を出来る限り大きくとって影響を受けにくくしたり、離隔距離を大きくとればよい。それが困難な場合には、接点機構３ａ〜３ｃやサージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと電子回路部品との間にアルミ箔等の電界シールド部品を挿入する対策が必要となる。この場合であっても、サージ電流の影響を受ける電子回路部品も特定部品である場合が多く、設計要素として実験的検証によって対策される個別対策が一般的である。上記のように部品相互間の距離や部品の向き、シールドの可否等は設計要素であり、より効率的、効果的とするためには一体化構造とすることで部品固有の特性が明確化できることで容易となる。

さらに、過大な雷サ−ジに対してＳＰＤ切り離し装置は、その性能保証値を超えるために故障するが、その場合であっても安全な故障状態とすることが好ましい。つまり、サージ専用ヒュ−ズ４ａ〜４ｃ、接点機構３ａ〜３ｃおよび収納ケース１０〜１２，１９，２０の接続端子のうちで一箇所に過大な雷サージに対して弱い部分を設けることで設計的に故障箇所を特定でき、故障時の内圧上昇エネルギーに対する放圧設計が容易となる。この結果、放圧部は故障箇所近傍の一部に部分的に対策するだけでよくなるので、放圧に対する部品の飛散防止構造が容易で低コスト化が可能となる。

このように、過大な雷サージに対する故障箇所の特定が容易になることで、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃ、接点機構３ａ〜３ｃおよび各収納ケース１０〜１２，１９，２０の接続端子における相互間の熱的、機械的強度の設計余裕度を大きくとる必要がなくなる。その結果、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃの遮断性能の最大電流通過エネルギーに合せた部品の熱設計や、雷サージ通過により接点機構３ａ〜３ｃに作用する電磁力に耐える構造設計が可能となり、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃ、あるいは、サージ専用ヒューズ４ａ〜４ｃと接点機構３ａ〜３ｃとＳＰＤ１ａ〜１ｃを同一の収納ケース内で一体構成する設計と併せ、接点機構３ａ〜３ｃにおける導電部材の断面積の削減や収納ケースの肉厚削減など、使用部材の削減効果によって、より一層の低コスト化、小型化が可能となる。

図５（Ａ）（Ｂ）は前述した接点機構３ａ〜３ｃの具体的構造を例示する。この接点機構３ａ〜３ｃは、固定接点部２１とその固定接点部２１と突合せ可能に対向配置された可動接点部２２とを備え、固定接点部２１の外側と可動接点部２２の外側に、サ−ジ電流により現出する電磁力でもって可動接点部２２に固定接点部２１への吸引力を作用させる一対の磁性鉄片２３，２４を対向配置した構造を具備する。

図５（Ａ）（Ｂ）は固定接点部２１に対して可動接点部２２が接触した状態を示し、固定接点部２１は固定接点板２１ａの先端部に固定接点２１ｂを加締めまたはロウ付けで固着した構造を具備し、同様に、可動接点部２２は可動接点板２２ａの先端に可動接点２２ｂを加締めまたはロウ付けで固着した構造を具備する。この固定接点板２１ａの先端部の外側に、断面コ字状を有する一方の磁性鉄片２３を加締めまたはねじで固着すると共に、可動接点板２２ａの先端部の外側に、断面コ字状を有する他方の磁性鉄片２４を加締めまたはねじで固着する。この固定接点側の一方の磁性鉄片２３と可動接点側の他方の磁性鉄片２４は対をなし、相互間でギャップｇを有する状態で対向配置されている。

このような構造を有する接点機構３ａ〜３ｃにおいて、大きなサージ電流が流れると、一対の磁性鉄片２３，２４とギャップｇに磁束Φが発生する結果、ギャップｇを介する固定接点側の磁性鉄片２３と可動接点側の磁性鉄片２４との間で吸引力が作用する。この吸引力の作用により、固定接点２１ｂと可動接点２２ｂとの間に発生する電磁反発力が相殺され、電磁反発力により可動接点２２ｂが固定接点２１ｂから浮き上がることを抑制できる。

なお、この接点機構３ａ〜３ｃにおける固定接点板２１ａおよび固定接点２１ｂ、可動接点板２２ａおよび可動接点２２ｂの材質はタングステンカ−バイトと銀の合金とする。このように、固定接点板２１ａおよび固定接点２１ｂ、可動接点板２２ａおよび可動接点２２ｂの材質をタングステンカ−バイトと銀の合金とすれば、耐溶着性と遮断性能を向上させることが可能となる。

一般的な銀を材質とした場合、銀の溶融点が７６０℃であるのに対して、材質をタングステンとすれば、タングステンの溶融点が３３８２℃と格段に高いので、耐溶着性の向上が容易に図れる。ただし、銀に比べタングステンの接触抵抗は非常に大きく常時負荷電流が流れる一般的な接点機構では温度上昇が高く使用に耐えないが、ＳＰＤ切り離し装置ではサージ電流が接点機構３ａ〜３ｃに流れる時間が瞬間的であるため、接触抵抗が大きい点は許容範囲内である。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係るＳＰＤ切り離し装置の実施形態で、接点機構の遮断特性とサージ専用ヒューズの遮断特性の時限協調を示す特性図である。 本発明の実施形態で、電源線路に接地接続されたＳＰＤの前段に設けられたサージ専用ヒューズおよび接点機構を示す概略回路構成図である。 本発明の他の実施形態で、図２のサージ専用ヒューズと接点機構を一体構成とした概略回路構成図である。 本発明の他の実施形態で、図２のサージ専用ヒューズと接点機構とＳＰＤを一体構成とした概略回路構成図である。 （Ａ）は接点機構の接点の概略構成を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。

符号の説明

１ａ〜１ｃ ＳＰＤ
２ａ〜２ｃ 電源線路
３ａ〜３ｃ 接点機構
４ａ〜４ｃ サージ専用ヒューズ
１０〜１２，１９，２０ 収納ケース
２１ 固定接点部
２２ 可動接点部
２３，２４ 一対の磁性鉄片
Ｍ 第一電流領域
Ｎ 第二電流領域
Ｓ 接点機構の遮断特性とサージ専用ヒューズの遮断特性の交点
Ｘ 接点機構の遮断特性
Ｙ サージ専用ヒューズの遮断特性

Claims (8)

1. 電源線路と大地との間に挿入したＳＰＤの前段に設置され、前記ＳＰＤ故障時にそのＳＰＤを電源線路から切り離すものであって、前記ＳＰＤを電源線路から切り離す接点機構およびサージ専用ヒューズを備え、前記接点機構の遮断特性と前記サージ専用ヒューズの遮断特性との交点を境界として、その交点における電流値よりも小さい第一電流領域で発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤを前記接点機構により電源線路から切り離し、前記電流値よりも大きい第二電流領域で発生したＳＰＤ故障電流に対してＳＰＤをサージ専用ヒューズにより電源線路から切り離し、前記接点機構とサージ専用ヒューズとを相互の遮断特性の交点で時限協調させたことを特徴とするＳＰＤ切り離し装置。
2. 前記サージ専用ヒュ−ズは、所定の耐サージ電流通過性能および交流遮断性能を備えた電流ヒューズとした請求項１に記載のＳＰＤ切り離し装置。
3. 前記接点機構とサージ専用ヒュ−ズとを同一の収納ケース内で一体構成した請求項１又は２に記載のＳＰＤ切り離し装置。
4. 前記接点機構とサージ専用ヒュ−ズとＳＰＤとを同一の収納ケース内で一体構成した請求項１又は２に記載のＳＰＤ切り離し装置。
5. 前記接点機構は、固定接点部とその固定接点部と突合せ可能に対向配置された可動接点部とを備え、前記固定接点部の外側と可動接点部の外側に、サ−ジ電流により現出する電磁力でもって可動接点部に固定接点部への吸引力を作用させる一対の磁性鉄片を対向配置した請求項１〜４のいずれか一項に記載のＳＰＤ切り離し装置。
6. 前記接点機構における接点材質をタングステンカ−バイトと銀の合金とした請求項１〜５のいずれか一項に記載のＳＰＤ切り離し装置。
7. 前記接点機構は電源線路からの電圧供給により充電されるコンデンサが付設され、前記ＳＰＤ故障時にコンデンサの充電エネルギーにより前記接点機構を自動で開放するようにした請求項１〜６のいずれか一項に記載のＳＰＤ切り離し装置。
8. 前記サージ専用ヒューズがＳＰＤ故障時に溶断したことを検出する遮断検知部を前記サージ専用ヒューズに付設し、前記遮断検知部の出力に基づいて前記接点機構を自動で開放するようにした請求項１〜７のいずれか一項に記載のＳＰＤ切り離し装置。

Images