JP2014007134A - High breaking capacity fuse - Google Patents
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Description
本発明は、電流ヒューズに関するもので、特に大電流の遮断を必要とする高遮断容量ヒューズの改良に関するものである。 The present invention relates to a current fuse, and more particularly, to an improvement in a high breaking capacity fuse that requires breaking of a large current.
従来、短絡事故等による大電流を遮断しようとした場合、可溶体の金属量が多くなる定格電流の大きなヒューズは、可溶体溶断後に電離気体の発生が多くなりアーク放電が継続しやすく、その結果アークエネルギーが大きくなりヒューズ自体を破壊し遮断を失敗することがある。 Conventionally, when trying to cut off a large current due to a short-circuit accident, etc., a fuse with a large rated current that increases the amount of metal in the fusible body generates more ionized gas after the fusible member is blown, and arc discharge is likely to continue. Arc energy may increase, causing the fuse itself to break and fail to shut down.
そのため大電流の遮断を必要とする高遮断容量ヒューズは、可溶体を収納する筒内に砂状の消弧剤を充填し、アーク熱を吸収、冷却しアークの成長を抑え遮断を達成させる方法をとるのが一般的となっている。 For this reason, a high breaking capacity fuse that requires breaking of a large current is a method in which a cylinder containing a fusible material is filled with a sand-like arc-extinguishing agent to absorb and cool arc heat to achieve arc breaking by suppressing arc growth. It is common to take
一方、事故による過電流遮断に対し消弧剤を充填していることにより、可溶体の溶断の有無が目視で確認できないため溶断表示を行うため機械式トリップを含んだ第一の可溶体と過負荷保護手段として形成された第2の可溶体を並列接続した過電流保護装置(例えば、特許文献1)や可溶体と並列に接続した高抵抗線に過負荷電流を分流させる構造の密閉型電流ヒューズ(例えば、特許文献2)がある。 On the other hand, by filling the arc-extinguishing agent against overcurrent interruption due to an accident, it is not possible to visually confirm whether or not the fusible body has melted. An overcurrent protection device (for example, Patent Document 1) in which a second fusible body formed as a load protection means is connected in parallel, or a sealed current having a structure in which an overload current is shunted to a high resistance wire connected in parallel to the fusible body There is a fuse (for example, Patent Document 2).
特許文献1に記載の過電流保護装置や一般的な高遮断ヒューズに充填される消弧剤は、その名の通り消弧性能は優れているものの、砂状が故に充填作業が難しく、またその粒度の管理や筒内への充填密度の違いが消弧性能に大きなバラツキを生じ遮断性能が不安定となる問題がある。 Although the arc extinguishing agent filled in the overcurrent protection device described in
また特許文献1に記載の過電流保護装置や、一般的な高遮断ヒューズのように消弧剤を充填すると、定格電流に近い小さな溶断電流に対しては溶断時、可溶体の溶断間隔を速やかに広げることが出来ず、アーク放電の時間が長くなり、その結果アークエネルギーが大きなものとなり、小さな溶断電流の方が短絡等の大電流より遮断が難しくなる(大電流から定格電流に近い小さな溶断電流までの遮断を行う、いわゆる全領域遮断が難しい)という問題がある。 In addition, when the arc-extinguishing agent is filled like the overcurrent protection device described in
また消弧剤を充填することにより溶断の有無を目視確認出来ない問題を解決するため特許文献1に記載の過電流保護装置のように複雑な表示機構を備えなければならない問題がある。 Moreover, in order to solve the problem that the presence or absence of fusing cannot be visually confirmed by filling the arc-extinguishing agent, there is a problem that a complicated display mechanism like the overcurrent protection device described in
さらには特許文献1に記載の過電流保護装置の第一の可溶体は、表示機構のため機械的トリップ(ばね)により絶えず引張り力を受けるため使用できる材質や線径は限定されてしまい可溶体の線径を細く出来ず可溶体溶断後の金属量が多くなりアークが継続しやすいという問題や、第一の可溶体に接続される抵抗(体)のインピーダンスに対する配慮はなされているものの、抵抗(体)の有する溶断ジュール積分値の配慮はなされておらず、溶断ジュール積分値の大小が影響する大きな異常電流において、抵抗(体)が先に溶断する場合があり、抵抗(体)が先に溶断(破壊)すると抵抗(体)を構成する大量の金属蒸気を発生させることになり、消弧剤がなければ遮断が困難となる問題を有している。 Furthermore, since the first fusible body of the overcurrent protection device described in
一方、特許文献2に記載の密閉型電流ヒューズにおいて、可溶体に並列に高抵抗線を接続したものがあるが、この高抵抗線の役割は、過負荷電流で可溶体が溶断する際、高抵抗線も赤熱溶断し、この時感熱紙に焦跡を残し可溶体が溶断したことを表示するためのものであり、遮断性能の向上を図ったものではない。 On the other hand, in the sealed current fuse described in
本発明は、従来の課題を解決するため大電流遮断に対し、当たり前の如く使用されている消弧剤を使用することなく、請求項1に記載された発明は、主可溶体溶断後、主可溶体と並列に配置し溶断ジュール積分値が補助可溶体より大きい断面積を有した電流制限抵抗により大きな短絡電流を限流するとともにアーク抵抗の役割を担わせアーク電流を抑え、更に主可溶体より細く金属量が少なく溶断後の電離気体の少ない材質による補助可溶体で電流遮断を行うことにより、消弧剤を使用することなく大電流遮断から定格電流に近い小さな溶断電流までの全領域において安全に電流遮断を達成することを特徴とするものである。 The present invention does not use the arc-extinguishing agent that is used as a matter of course for large current interruptions in order to solve the conventional problems. A current limiting resistor that is arranged in parallel with the fusible body and has a cross-sectional area larger than that of the auxiliary fusible body, limits the large short-circuit current, plays a role of arc resistance, and suppresses the arc current. By cutting the current with an auxiliary fusible material made of a material that is thinner and has less metal content and less ionized gas after fusing, it can be used in all areas from large current interruption to small fusing current close to the rated current without using an arc-extinguishing agent. It is characterized by safely achieving current interruption.
本発明は一般的な高遮断容量ヒューズに使用する消弧剤を使用しない。したがって粒度管理や充填密度等の作業管理を必要とせず遮断性能が安定する。また消弧剤という砂状物質を扱うことにより生じる粉状の塵の発生がなくヒューズ組み立て作業環境を汚染することなくヒューズ組み立てを行えるものとなっている。 The present invention does not use the arc-extinguishing agent used in general high breaking capacity fuses. Accordingly, work performance management such as particle size control and packing density is not required, and the shut-off performance is stabilized. Moreover, there is no generation of powdery dust caused by handling a sand-like substance called arc extinguishing agent, and the fuse can be assembled without polluting the fuse assembly work environment.
また大きな異常電流によりアークが発生した場合には、アークエネルギーが大きくなり、例え消弧剤を使用していても頑丈な容器が必要となり、その結果コストの高い材料を使用する必要があったが、電流制限抵抗により電流を限流するとともに電流制限抵抗がアーク抵抗の役割を果たしアーク電流も制限することにより、アークエネルギーが小さく抑えられ、容器として安価なものを使用することが出来、また消弧剤充填作業を必要とせず製造コストを安くすることが出来るものとなっている。 In addition, when an arc is generated due to a large abnormal current, the arc energy increases, and even if an arc extinguishing agent is used, a sturdy container is required, and as a result, it is necessary to use a material with high cost. By limiting the current with the current limiting resistor, the current limiting resistor plays the role of arc resistance and limiting the arc current, so that the arc energy can be kept small, and an inexpensive container can be used. The arcing agent filling work is not required, and the manufacturing cost can be reduced.
更には消弧剤を使用しないため可溶体の溶断の有無を目視確認ができ、溶断表示のため複雑な機構を設ける必要がないものとなっている。 Furthermore, since no arc-extinguishing agent is used, the presence or absence of fusing of the fusible body can be visually confirmed, and it is not necessary to provide a complicated mechanism for fusing display.
図1から図7に基づき本発明の高遮断容量ヒューズについて説明する。図中1は主可溶体であり、2は補助可溶体、3は電流制限抵抗である。補助可溶体2と電流制限抵抗3は直列に接続され、主可溶体1に対しては並列に接続される。 The high breaking capacity fuse of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, 1 is a main soluble body, 2 is an auxiliary soluble body, and 3 is a current limiting resistor. The auxiliary
補助可溶体2は主可溶体1の1/10以下の通電能力(定格電流)で、主可溶体1及び補助可溶体2は図1、図2に示すように絶縁性のある透明な内容器7に収納した後、絶縁性のある透明な外容器9に収納し、内容器7に電気的、機械的に接続しているリード端子5を外容器9の両端に固定された導電性のある容器端子10に接合する。 The auxiliary
別の実施例として図3から図7に示すように主可溶体1及び補助可溶体2を絶縁性のある透明な内容器7に収納、或いは図5に示すように表面実装型容器8に収納し基板4にはんだ付けしたものを絶縁性のある透明な外容器9に入れ、基板4の両端の基板端子11を外容器9の両端に固定された絶縁性のある容器端子10から突き出させ回路と接続する端子とすることもある。 As another embodiment, the main
また別の実施例としては図6、図7に示すように主可溶体1及び補助可溶体2を基板4上の楕円状の開口部6の間に架張し、その両端をはんだ付けした基板4の両端の基板端子11を絶縁性のある容器端子10から突き出させ回路と接続する端子とすることもある。 As another embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, a main
電流制限抵抗3は、補助可溶体より大きな溶断ジュール積分値を有する断面積で、長さは補助可溶体2に流れる電流が主可溶体1に流れる電流の1/1000以下で、且つ補助可溶体2が消弧剤なしで遮断可能な電流値まで電流を制限する抵抗値をもつ長さを確保するためマンガニン或いはアドバンス等の抵抗線を図1から図6に示すように、そのセラミック棒に巻付けるか、或いは図7に示すように基板上4に印刷技術により抵抗を形成することもある。 The current limiting
本発明の高遮断容量ヒューズを、定格電流30A、回路電圧250V、短絡電流(固有電流)5,000Aの条件(投入角30°)において、この時の主可溶体の通電能力29.9A相当、補助可溶体通電能力1A相当及び補助可溶体より大きな溶断ジュール積分値を有する電流制限抵抗5Ωを配置した場合の作用について説明する。 The high breaking capacity fuse of the present invention is equivalent to a current-carrying capacity of 29.9 A for the main fusible body at this time under the conditions of a rated current of 30 A, a circuit voltage of 250 V, and a short-circuit current (inherent current) of 5,000 A (an insertion angle of 30 °). The operation in the case where a current limiting resistor 5Ω having an auxiliary fusible body energizing capacity equivalent to 1A and a fusing Joule integral value larger than that of the auxiliary fusible body is arranged will be described.
まず短絡電流5,000Aが流れると主可溶体側に約4,600A、この主可溶体に並列接続された補助可溶体と電流制限抵抗側に約3.5A(合計が5,000Aにならないのは、ヒューズ自体のもつ抵抗による限流効果による)の電流が分流して流れる。この分流した電流に対する負荷率は、主可溶体が定格電流の約15,400%、補助可溶体は定格電流の約350%となり、負荷率の高い主可溶体が先に溶断する。主可溶体が溶断すると短絡電流の全てが補助可溶体側に流入するが、その電流は直列に接続された電流制限抵抗により約46Aに制限される。 First, when a short-circuit current of 5,000 A flows, the main fusible body side is about 4,600 A, the auxiliary fusible body connected in parallel to the main fusible body and the current limiting resistor side is about 3.5 A (the total does not become 5,000 A). Current flows due to a shunt current (due to a current limiting effect due to the resistance of the fuse itself). The load factor with respect to the shunted current is about 15,400% of the rated current for the main fusible body and about 350% of the rated current for the auxiliary fusible body, and the main fusible body having a high load factor is blown first. When the main fusible body melts, all of the short-circuit current flows into the auxiliary fusible body side, but the current is limited to about 46 A by a current limiting resistor connected in series.
この約46Aは補助可溶体と電流制限抵抗は直列に接続されているため電力として捉えた場合、電流制限抵抗の方が大きくなるが、補助可溶体の通電能力の約4,600%の負荷率で1ミリ秒以下の時間で溶断する電流のため放熱が殆ど影響せず断面積が通電能力を左右する時間領域となり、この条件下において電流制限抵抗の断面積は補助可溶体の溶断ジュール積分値より大きな値を有することにより1A相当の補助可溶体が先に溶断し電流制限抵抗の抵抗線が溶断することは無い。 About 46A, since the auxiliary fusible body and the current limiting resistor are connected in series, the current limiting resistor is larger when viewed as electric power, but the load factor is about 4,600% of the current-carrying capacity of the auxiliary fusible body. Because the current that blows in less than 1 millisecond, the heat dissipation is almost unaffected and the cross-sectional area is the time domain that affects the current carrying capacity. Under this condition, the cross-sectional area of the current limiting resistor is the fusing Joule integral value of the auxiliary fusible body By having a larger value, the auxiliary fusible body corresponding to 1A is not melted first, and the resistance wire of the current limiting resistor is not melted.
主可溶体溶断後、短絡電流の5,000Aは電流制限抵抗により限流され且つ、補助可溶体は1A相当と金属量が少なく、主可溶体のみの場合は図8の如く交流のゼロ電圧付近までアークが継続するものの、本発明は図9の如く電流制限抵抗がアーク抵抗の役割を果たし大きなアークエネルギーを生じることなく速やかに電流遮断を達成する。(電流波形のピークが5,000Aになっていないのは、主可溶体の限流効果による) After the main fusible body is melted, the short-circuit current of 5,000 A is limited by the current limiting resistor, and the auxiliary fusible body is equivalent to 1 A and has a small amount of metal. Although the arc continues until the present invention, the current limiting resistor plays the role of the arc resistance as shown in FIG. 9, and the current interruption is achieved quickly without generating large arc energy. (The peak of the current waveform is not 5,000 A due to the current limiting effect of the main soluble material)
次に過負荷電流がヒューズの電気用品の技術基準に示されている定格電流の1.35倍の最小溶断電流の場合について前記同様、主可溶体の通電能力29.9A相当、補助可溶体通電能力1A相当、電流制限抵抗5Ωを配置した場合の作用について説明する。 Next, in the case where the overload current is a minimum fusing current of 1.35 times the rated current indicated in the technical standards for electrical equipment for fuses, the main fusible body has an energizing capacity equivalent to 29.9 A and the auxiliary fusible body is energized. A description will be given of the operation in the case where a capacity equivalent to 1A and a current limiting resistor 5Ω are arranged.
この条件の場合、溶断電流40.5A(30A×1.35)は主可溶体側に約40.47A、補助可溶体側に約0.03Aに分流して流れる。この分流した電流に対する負荷率は、主可溶体が定格電流の約134.9%、補助可溶体は定格電流の約3%となり、短絡電流同様に負荷率の高い主可溶体が先に溶断する。 Under this condition, a fusing current of 40.5 A (30 A × 1.35) flows in a split manner to about 40.47 A on the main soluble body side and about 0.03 A on the auxiliary soluble body side. The load factor for the shunted current is about 134.9% of the rated current for the main fusible body and about 3% of the rated current for the auxiliary fusible body. .
主可溶体が溶断すると過負荷電流の全てが補助可溶体に流入する。この時、補助可溶体に直列に接続された電流制限抵抗により電流は約21.6Aとなり負荷率約2,160%と短絡時と同様放熱が殆ど影響せず断面積が通電能力を左右する時間領域での溶断となり電流制限抵抗より溶断ジュール積分値の小さな断面積の1A相当の補助可溶体が溶断する。この時の補助可溶体は負荷率約2,160%という大きな負荷率と可溶体の周りを消弧剤が囲んでいないことにより速やかに溶断間隔を広げ消弧剤充填された高遮断ヒューズのように小さな溶断電流の方が遮断が難しいという問題を発生させず全領域遮断を達成する。 When the main fusible body melts, all of the overload current flows into the auxiliary fusible body. At this time, the current limiting resistance connected in series with the auxiliary fusible body causes the current to be about 21.6 A, and the load factor is about 2,160%. The auxiliary fusible body corresponding to 1A having a cross-sectional area with a smaller fusing Joule integral value than the current limiting resistance is fused. At this time, the auxiliary fusible body has a large load factor of about 2,160% and the arc-extinguishing agent does not surround the fusible body, so that the fusing interval can be expanded quickly and the arc-extinguishing agent-filled high breaking fuse Therefore, the entire region is cut off without causing the problem that the cutting current is more difficult to cut off.
更に通常使用状態として前記と同様の設定において30Aを通電した時の電流負荷率は主可溶体で約100%、補助可溶体で約2%以下(主可溶体と補助可溶体に流れる電流比率として主可溶体の約1/1000以下)と細い補助可溶体であっても電流制限抵抗により電流の流入が制限され熱的、機械的ダメージを殆ど与えることは無く、細い可溶体であっても長期的な信頼性に対し問題を生じることはないものとなっている。 Furthermore, the current load factor when energizing 30A in the same setting as in the normal use state is about 100% for the main soluble body and about 2% or less for the auxiliary soluble body (as the ratio of the current flowing through the main soluble body and the auxiliary soluble body) Even if it is a thin auxiliary soluble body (less than about 1/1000 of the main soluble body), the current inflow is limited by the current limiting resistance, causing little thermal or mechanical damage. It does not cause any problems with respect to overall reliability.
本発明は、大きな短絡電流遮断から小さな異常電流が流れる電気回路を保護する電流ヒューズに利用可能である。 The present invention is applicable to a current fuse that protects an electric circuit through which a small abnormal current flows from a large short-circuit current interruption.
1 主可溶体
2 補助可溶体
3 電流制限抵抗
4 基板
5 リード端子
6 基板開口部
7 内容器
8 表面実装型容器
9 外容器
10 容器端子
11 基板端子DESCRIPTION OF
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