JP2013175362A - Electric wire fuse - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、主として屋外配電線に取り付けて、過負荷または短絡等による過電流または大電流の通電時、これを安全に遮断して配電線を保護する電線ヒューズの改良に関するものである。 The present invention mainly relates to an improvement in an electric wire fuse that is attached to an outdoor distribution line and safely shuts off an overcurrent or a large current caused by an overload or a short circuit to protect the distribution line.
例えば電力配電線路における過負荷や大きな短絡電流等の事故電流を遮断するために限流ヒューズが用いられている。狭小断面を有するヒューズエレメントの周りにケイ砂、アルミナなどを消弧剤として充填した基本構成を有しており、短絡電流などの事故電流が流れた場合、ヒューズエレメントが速やかに溶断するともに、発生ガスを消弧剤で吸収・冷却し、アークを遮断する作用を有している。
また、特許文献1においてその一例を見る通り、大電流遮断部と低負荷溶断部を接続した二段エレメント構成の限流ヒューズも提供されている。すなわち、過負荷電流のような比較的小さな電流では低融点合金の小電流領域が溶断して電路を開放する。短絡電流のような過大電流が流れると大電流遮断部の遮断部が溶融気化し、発生したアークは消弧剤に吸着・冷却され消弧されるものである。
For example, a current limiting fuse is used to interrupt an accident current such as an overload in a power distribution line or a large short-circuit current. It has a basic structure in which a fuse element with a narrow cross section is filled with silica sand, alumina, etc. as an arc extinguishing agent. When an accident current such as a short-circuit current flows, the fuse element quickly melts and occurs. It absorbs and cools the gas with an arc extinguishing agent and has an action of interrupting the arc.
In addition, as seen in
限流ヒューズにおいては、繰り返し電流によるヒューズエレメントの冷・熱ヒートサイクルにおいてヒューズエレメントが膨張収縮を繰り返し、高硬度で収縮性のないケイ砂、アルミナなどの消弧剤との間で摩擦を起し、損傷される難点がある。
また、非限流タイプのヒューズにおいては、長期間領域まで保護可能であるが、限流ヒューズは溶断特性が速動性であり、引込み線等の配電線の保護範囲が狭くなる。定格電流を下げると保護範囲は広くなるが、短時間電流パルスでヒューズ切れが起りやすくなる。
In a current-limiting fuse, the fuse element repeatedly expands and contracts in the cold / thermal heat cycle of the fuse element due to repetitive current, causing friction with arc-extinguishing agents such as high-hardness and non-shrinkable silica sand and alumina. There is a difficulty to be damaged.
In addition, a non-current-limiting type fuse can be protected for a long period of time, but the current-limiting fuse has a fast fusing characteristic and a protection range of a distribution line such as a lead-in wire becomes narrow. When the rated current is lowered, the protection range is widened, but a short-time current pulse tends to cause a blown fuse.
製造工程において消弧剤を充填する工程が必要となり、時間・コストが掛かる難点もある。消弧剤は遮断性能に関連するため、充填する消弧剤を粒度別に配合する必要があり、また、充填作業は振動等で行うため機械化する必要が有り設備費・保守費用が掛かる難点もあった。不透明な耐熱ケースに収納され、消弧剤は遮断時に化学反応を起こしているので、ヒューズ切れを目視できないため外部表示構造を設ける必要があるが、不具合が発生したり、構造が複雑化するためコストアップにつながる問題もあった。 In the manufacturing process, a process of filling the arc-extinguishing agent is required, and there is a problem that it takes time and cost. Since arc-extinguishing agents are related to the shut-off performance, it is necessary to mix the arc-extinguishing agent for each particle size, and the filling work must be mechanized because it is carried out by vibration etc. There is also a difficulty that equipment costs and maintenance costs are incurred. It was. Since it is housed in an opaque heat-resistant case and the arc-extinguishing agent causes a chemical reaction when it is shut off, it is necessary to provide an external display structure because it is not possible to visually check for a blown fuse, but this may cause problems or complicate the structure. There was also a problem that led to an increase in cost.
また、二段エレメント構成の限流ヒューズにおいては、溶断特性に遅動性を持たせることは可能であるが、接続箇所が増え、電気伝導性に信頼性に欠ける難点があり、構造が複雑化し、コストアップにつながる難点があった。 In addition, in a current limiting fuse with a two-stage element configuration, it is possible to give the fusing characteristics slowness, but the number of connection points increases, and there is a difficulty in lack of reliability in electrical conductivity, which complicates the structure. There was a drawback that led to an increase in cost.
そこで、この発明の目的とするところは、消弧剤を使用することなく限流効果が得られる電線ヒューズを提供するところにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric wire fuse that can obtain a current limiting effect without using an arc extinguishing agent.
上記目的達成のため、この発明においては、内外二重のヒューズ筒を有し、外筒両端開口部より電線接続用の端子金具をスリーブを介して突出させて両端開口部を外キャップで封止し、内筒内においてこれら端子間にヒューズエレメントを接続した電線ヒューズにおいて、前記外キャップの内面と内筒両端の保護キャップとの間において、熱伝導率が低い高融点金属製のリングを、外筒内壁との間をシリコンリングなどの絶縁性密封体で封止して設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention has an inner / outer double fuse cylinder, the terminal fitting for connecting the electric wire is protruded from the opening at both ends of the outer cylinder through the sleeve, and the opening at both ends is sealed with the outer cap. In a wire fuse in which a fuse element is connected between these terminals in the inner cylinder, a ring made of a refractory metal having a low thermal conductivity is provided between the inner surface of the outer cap and the protective caps at both ends of the inner cylinder. The space between the inner wall of the cylinder is provided by sealing with an insulating sealing body such as a silicon ring.
ヒューズエレメントとしてはスズ合金などの低融点金属からなる可溶部と銅合金などの抵抗線からなる遮断部を直列に接続したものが用いられる。このヒューズエレメントを内外二重のヒューズ筒の内筒内に設置し、ヒューズエレメントの両端に電線接続用の端子金具を接続し、外筒両端開口部より電線接続用のスリーブを介して突出させて両端開口部を外キャップで封止する。 As the fuse element, an element in which a fusible portion made of a low melting point metal such as a tin alloy and a blocking portion made of a resistance wire such as a copper alloy are connected in series is used. Install this fuse element in the inner cylinder of the inner and outer double fuse cylinders, connect the terminal fittings for electric wire connection to both ends of the fuse element, and project them from the openings on both ends of the outer cylinder through the sleeves for electric wire connection. Both end openings are sealed with outer caps.
内筒は両端部にシリコン樹脂などの保護キャップが被せられ、外キャップと保護キャップの間において、熱伝導率が低い高融点金属製のリング、例えば炭素鋼あるいはステンレス製のリングを設置しており、このリングと外筒内壁の間をシリコンリングなどの絶縁性密封体で封止したものである。 The inner cylinder is covered with protective caps such as silicon resin at both ends, and a ring made of a refractory metal with low thermal conductivity, such as a ring made of carbon steel or stainless steel, is installed between the outer cap and the protective cap. The ring and the inner wall of the outer cylinder are sealed with an insulating sealing body such as a silicon ring.
高融点金属製のリングは、短尺のストレートな筒状、保護キャップ側の内端部を内径側に屈曲した椀状など種々の形態をとることができる。内筒はガラス製、外筒はポリカーボネート製とするのが通常である。 The ring made of a refractory metal can take various forms such as a short straight cylindrical shape, or a hook shape in which the inner end portion on the protective cap side is bent toward the inner diameter side. Usually, the inner cylinder is made of glass and the outer cylinder is made of polycarbonate.
この発明の電線ヒューズは、上述のように、消弧剤を不要としたので繰り返し電流によるヒューズエレメントの冷・熱ヒートサイクルにおいてヒューズエレメントが膨張収縮を繰り返しても、ヒューズエレメントが損傷されるおそれはない。製造工程において消弧剤を充填する必要がないため、製造時間・コストの低減を図ることができる。また、非限流タイプであるため、長時間領域まで保護が可能である。 As described above, the electric wire fuse of the present invention does not require an arc-extinguishing agent. Therefore, there is a possibility that the fuse element may be damaged even if the fuse element repeatedly expands and contracts in the cold / thermal heat cycle of the fuse element due to repeated current. Absent. Since it is not necessary to fill the arc-extinguishing agent in the manufacturing process, manufacturing time and cost can be reduced. Moreover, since it is a non-current limiting type, it is possible to protect up to a long time region.
配電線路において短絡事故が発生し、配電線路に大電流が流れると、ヒューズエレメントにおける遮断部が電流によるジュール熱により発弧して溶融・気化する。この際、可溶部と端子金具間でアーク放電が発生するが、高融点金属製のリングが設置されているので、
瞬時にアーク放電線路が変り、両端の高融点金属製のリング間での放電に切り替わる。これにより、可溶部は電流エネルギーの道筋から離れ、金属ガス化を回避することができ、ヒューズ内の圧力上が低減される。高融点金属性のリングでは、電磁力により放電点が内側から外側に移動し、次々と放電点が移行するため、熱依存性のアーク放電は進展を抑制される。リングは高融点金属製であるため、溶融・ガス化は抑制されている。
When a short circuit accident occurs in the distribution line and a large current flows through the distribution line, the breaker in the fuse element is ignited by the Joule heat due to the current and melts and vaporizes. At this time, arc discharge occurs between the fusible part and the terminal fitting, but since a ring made of refractory metal is installed,
The arc discharge line changes instantly and switches to discharge between the refractory metal rings at both ends. As a result, the fusible part is separated from the path of current energy, so that metal gasification can be avoided and the pressure in the fuse is reduced. In a refractory metal ring, the discharge point moves from the inside to the outside by electromagnetic force, and the discharge point shifts one after another, so that the progress of the heat-dependent arc discharge is suppressed. Since the ring is made of a refractory metal, melting and gasification are suppressed.
アーク放電により発生した金属ガスは、リング内部に放出され、冷却・固化する。高融点金属性のリングは熱伝導率が低く、一時的に蓄熱後、徐々にスリーブ・接続電線へ熱伝導される。従って、熱伝導のタイムラグにより、外筒の耐熱範囲に抑制することができるので熱変形を回避することができる。
また、シリコンリングなどの絶縁性密封体を使用するため、外筒から発生した炭化物は外筒とガラス間中央部分のみに排出され、両端部に炭化物の付着が起らない。従って、遮断後のスリーブ間のメガ(500V絶縁抵抗)が良好となる。
The metal gas generated by the arc discharge is released into the ring and is cooled and solidified. The refractory metal ring has a low thermal conductivity, and after being temporarily stored, it is gradually conducted to the sleeve and connecting wire. Therefore, the heat conduction time lag can be suppressed to the heat resistant range of the outer cylinder, so that thermal deformation can be avoided.
Further, since an insulating sealing body such as a silicon ring is used, the carbide generated from the outer cylinder is discharged only to the central portion between the outer cylinder and the glass, and the carbide does not adhere to both ends. Therefore, the mega (500 V insulation resistance) between the sleeves after being cut off becomes good.
図1は本発明に係る電線ヒューズの一例を示す断面図で、その基本構成は内外二重のヒューズ筒を有し、外筒1両端開口部より電線接続用の端子金具2を突出させて両端開口部を外キャップ3で封止し、内筒4内においてこれら端子間にヒューズエレメント5を接続した構成に係るものであり、ヒューズエレメント5としてはスズ合金などの低融点金属からなる可溶部6と銅合金などの抵抗線からなる遮断部7を直列に接続し、その両端部に接続した端子金具2を電線接続用のスリーブ8を介して外キャップ3から突出させた構成である。外筒1はポリカーボネート製であり、外キャップ3と超音波溶着される。内筒4はガラス製とし、内筒の両端部にはシリコン樹脂などの保護キャップ9が被せられている。
なお、この基本構成においては従来の電線ヒューズとほぼ同様である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an electric wire fuse according to the present invention. The basic structure of the electric wire fuse is an internal / external double fuse cylinder. The opening is sealed with an
This basic configuration is substantially the same as that of a conventional electric wire fuse.
本発明の電線ヒューズは消弧剤を用いることなく限流効果を達成しようとものであり、このために熱伝導率が低い高融点金属製のリング10とシリコンリングなどの絶縁性密封体11を採用している。
すなわち、内筒4の両端部に被せられたシリコン樹脂などの保護キャップ9と外キャップ3の間において、熱伝導率が低い高融点金属製のリング10、例えば炭素鋼あるいはステンレス製のリングを設置し、このリング10と外筒1内壁の間をシリコンリングなどの絶縁性密封体11で封止したものである。
The electric wire fuse of the present invention is intended to achieve a current-limiting effect without using an arc-extinguishing agent. For this purpose, a
That is, a
高融点金属製のリング10は、図1のように保護キャップ9側の内端部を内径側に屈曲した椀状としたり、図4に示すように短尺のストレートな筒状、図5のように直角に折り曲げた状態、など、種々の形態をとることができる。
また、シリコンリングなどの絶縁性密封体11も、図1のように厚肉部11aと薄肉部11bの二段構造としたり、図4のように厚肉部11aのみとしたり、図5のように厚肉部11aと薄肉部11bの二段構造で薄肉部11bの折曲端部が高融点金属製のリング10と保護キャップ9との間をシールするような構造も採用しうる。
また、図6に示すように、内筒4の両端部に被せる保護キャップ9とシリコンリングなどの絶縁性密封体11を一体成形することも可能である。
The
Further, the insulating
Moreover, as shown in FIG. 6, it is also possible to integrally form a
また、図1のヒューズエレメント5は銅合金などの抵抗線からなる遮断部7の間においてスズ合金などの低融点金属からなる可溶部6を鋳造したタイプを示しているが、これに限らず種々のタイプのヒューズエレメントを採用することができる。
例えば、図7に示したヒューズエレメントは、抵抗線からなる遮断部7に導管製などの蓄熱部12を組み込み、低融点メタル槽において表面に半田を付着させて可溶部6としたものであり、過電流の通電時、発熱により銅系抵抗線とすず系メタルにおいて拡散反応を起し、銅系の金属融点よりかなり低温で溶断させることができる。
また、図8に示したヒューズエレメントは、抵抗線の一部をコイル状に巻き、低融点メタル槽で半田を付着させて可溶部6としたものであり、図7の蓄熱タイプよりも多くのすず系メタルからなる可溶部6とすることでき、さらに低温で溶断させることができる。
1 shows a type in which a fusible portion 6 made of a low melting point metal such as a tin alloy is cast between the blocking
For example, the fuse element shown in FIG. 7 includes a heat storage part 12 made of a conduit or the like in a blocking
Further, the fuse element shown in FIG. 8 is obtained by winding a part of a resistance wire in a coil shape and attaching solder in a low melting point metal tank to form a soluble portion 6, which is more than the heat storage type of FIG. 7. It can be set as the soluble part 6 which consists of a tin-type metal, and can be made to melt | disconnect further at low temperature.
このような構成とした電線ヒューズにおいて、配電線路において短絡事故が発生し、配電線路に大電流が流れると、ヒューズエレメント5における遮断部7が電流によるジュール熱により発弧して溶融・気化する。この際、可溶部6と端子金具2間でアーク放電が発生するが、高融点金属製のリング10が設置されているので、瞬時にアーク放電線路が変り、両端の高融点金属製のリング10間での放電に切り替わる。
In the electric wire fuse having such a configuration, when a short circuit accident occurs in the distribution line and a large current flows through the distribution line, the interrupting
これにより、可溶部6は電流エネルギーの道筋から離れ、金属ガス化を回避することができ、ヒューズ内の圧力上が低減される。高融点金属性のリング10では、電磁力により放電点が内側から外側に移動し、次々と放電点が移行するため、熱依存性のアーク放電は進展を抑制される。リング10自体は高融点金属製であるため、溶融・ガス化は抑制されている。
As a result, the fusible portion 6 is separated from the path of current energy, and metal gasification can be avoided, and the pressure on the fuse is reduced. In the
アーク放電により発生した金属ガスは、高融点金属性のリング10内部に放出され、冷却・固化する。高融点金属性のリング10は熱伝導率が低く、一時的に蓄熱後、徐々にスリーブ8、接続電線へ熱伝導される。従って、熱伝導のタイムラグにより、外筒1の耐熱範囲に抑制することができるので熱変形を回避することができる。
The metal gas generated by the arc discharge is released into the refractory
また、シリコンリングなどの絶縁性密封体11を使用するため、外筒1から発生した炭化物は外筒1とガラス製の内筒4間中央部分のみに排出され、両端部に炭化物の付着が起らない。従って、遮断後のスリーブ間のメガ(500V絶縁抵抗)が良好となる。
図3は上記発生ガスの流れを矢印で示しており、アーク放電により発生した金属ガスは、高融点金属性のリング10内部に放出され、外筒1から発生した炭化物は外筒1とガラス製の内筒4間中央部分のみに排出される。また、円で囲った部分において金属ガスがすすとして付着することもない。
Further, since an insulating
FIG. 3 shows the flow of the generated gas with arrows. The metal gas generated by arc discharge is released into the high-melting-point
図2は遮断電流波形の模式図で、事故電流波形(ロ)と比較すると、本発明に係る電線ヒューズ(イ)の電流エネルギー(I2t)の低減効果は、3サイクル(53mS)で−92%、半波(12mS)で−75%程度であり、エネルギー抑制により、熱的影響などの波及を大幅に軽減できるものである。すなわち、本発明に係る電線ヒューズは、消弧剤を用いることなく限流効果を達成しているのである。 FIG. 2 is a schematic diagram of the breaking current waveform. Compared with the accident current waveform (b), the effect of reducing the current energy (I 2 t) of the electric wire fuse (b) according to the present invention is 3 cycles (53 mS). 92% and half-wave (12 mS) is about -75%, and the suppression of energy can greatly reduce the influence of thermal influences. That is, the electric wire fuse according to the present invention achieves a current limiting effect without using an arc extinguishing agent.
以上の通り、本発明の電線ヒューズは、次のような利点を有するものである。
消弧剤を不要としたので繰り返し電流によるヒューズエレメントの冷・熱ヒートサイクルにおいてヒューズエレメントが損傷されるおそれはない。製造工程において消弧剤を充填する必要がないため、製造時間・コストの低減を図ることができる。また、非限流タイプであるため、長時間領域まで保護が可能である。
短絡事故の発生時、アーク放電線路が両端の高融点金属製のリング間での放電に切り替わるので、可溶部は電流エネルギーの道筋から離れ、金属ガス化を回避することができ、ヒューズ内の圧力上が低減される。高融点金属性のリングでは、電磁力により放電点が内側から外側に移動し、次々と放電点が移行するため、熱依存性のアーク放電は進展を抑制される。
アーク放電により発生した金属ガスは、リング内部に放出され、冷却・固化する。高融点金属性のリングは熱伝導率が低く、一時的に蓄熱後、徐々にスリーブ・接続電線へ熱伝導される。従って、熱伝導のタイムラグにより、外筒の耐熱範囲に抑制することができるので熱変形を回避することができる。
また、シリコンリングなどの絶縁性密封体を使用するため、外筒から発生した炭化物は外筒とガラス間中央部分のみに排出され、両端部に炭化物の付着が起らない。従って、遮断後のスリーブ間のメガ(500V絶縁抵抗)が良好となる。
As described above, the electric wire fuse of the present invention has the following advantages.
Since the arc-extinguishing agent is unnecessary, there is no possibility that the fuse element is damaged in the cold / hot heat cycle of the fuse element due to repetitive current. Since it is not necessary to fill the arc-extinguishing agent in the manufacturing process, manufacturing time and cost can be reduced. Moreover, since it is a non-current limiting type, it is possible to protect up to a long time region.
When a short-circuit accident occurs, the arc discharge line switches to discharge between the refractory metal rings at both ends, so the fusible part is separated from the path of current energy, and metal gasification can be avoided. Pressure top is reduced. In a refractory metal ring, the discharge point moves from the inside to the outside by electromagnetic force, and the discharge point shifts one after another, so that the progress of the heat-dependent arc discharge is suppressed.
The metal gas generated by the arc discharge is released into the ring and is cooled and solidified. The refractory metal ring has a low thermal conductivity, and after being temporarily stored, it is gradually conducted to the sleeve and connecting wire. Therefore, the heat conduction time lag can be suppressed to the heat resistant range of the outer cylinder, so that thermal deformation can be avoided.
Further, since an insulating sealing body such as a silicon ring is used, the carbide generated from the outer cylinder is discharged only to the central portion between the outer cylinder and the glass, and the carbide does not adhere to both ends. Therefore, the mega (500 V insulation resistance) between the sleeves after being cut off becomes good.
1…外筒
2…端子金具
3…外キャップ
4…内筒
5…ヒューズエレメント
6…可溶部
7…遮断部
8…スリーブ
9…保護キャップ
10…高融点金属製のリング
11…絶縁性密封体
11a…厚肉部
11b…薄肉部
12…蓄熱部
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