JPH0373085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、短絡などの異常大電流をある一定
値以下に抑制する動作をし、動作後はすみやかに
正常電流の通電が可能なもとの状態に復旧する自
己復旧形の限流素子に関するものである。

〔従来技術〕

従来この種の限流素子として第１図に示すもの
があつた。図において１，２は第１、第２の電流
端子、３は電極、４，５は第１、第２のピスト
ン、６，７，８，９，１０はシールリング、１
１，１２は絶縁筒、１３は特殊絶縁体、１４は外
筒、１５は止め具、１６は限流材料、１７，１８
は緩衝体、１９はスペーサ、２０は中間スペー
サ、２１，２２，２３はシール具、２４は素子筒
である。

第１および第２の電流端子１，２は例えばクロ
ム銅やベリリウム銅などの導電材からなり、電流
端子１は電極３に、また電流端子２は貫通孔２ａ
を有し外筒１４にそれぞれねじ１ａ，２ｂによつ
て螺合されている。そして、電極３は例えばクロ
ム銅やベリリウム銅などの導電材からなり貫通孔
３ａを有している。貫通孔２ａおよび３ａの一部
にピストン４，５があり、シールリング６，７で
機密性を有するとともに摺動可能である。シール
リング８，９は緩衝体１７を密封する。シールリ
ング１０は、限流材料１６を密封する。絶縁筒１
１，１２は貫通孔１１ａ，１２ａを有し、例えば
ベリリア磁器やアルミナ磁器などの絶縁材からな
り、貫通孔を有する中間スペーサ２０を介し１個
又は複数の絶縁筒１１，１２が接続しており、そ
の貫通孔１１ａ，１２ａ内およびスペーサ１９の
貫通孔および中間スペーサ２０の貫通孔および外
筒１４の貫通孔の一部および電極３の貫通孔３ａ
の一部および第２の電流端子２の貫通孔２ａの一
部には、例えばナトリウム、カリウム、ナトリウ
ムとカリウムの合金であるナツク（Nak）ある
いは水銀（Hg）など、常温で液体あるいは固体
でも柔らかい導電材からなる限流材料１６が充填
されている。特殊絶縁体１３は例えばマイカとガ
ラスの粉末を素材とした固体状の絶縁材である。
外筒１４は例えばステンレスなどの熱膨張率が絶
縁筒１１，１２や特殊絶縁体１３より大きく、か
つ機械強度の大きな材料からなつている。止め具
１５は、特殊絶縁体１３を介して電極３の抜けを
防止している。

素子筒２４と第２の電流端子２とは別々に製作
された後組み立てられる。

第２の電流端子２を除いた素子筒２４の製造方
法はいわゆる「成形」とよばれるもので高温に熱
せられた電極３および絶縁筒１１，１２および中
間スペーサ２０および外筒１４および止め具１５
およびスペーサ１９の間に特殊絶縁体１３が圧入
された状態で常温まで自然冷却されるので、熱膨
張率の差により、該絶縁筒１１，１２には、半径
方向および軸方向の圧縮力が印加された状態とな
る。いわゆる「やきばめ成形」がなされ、高い内
圧力に耐える容器の一部を構成する。緩衝体１
７，１８は例えばアルゴンや窒素などの圧縮性流
体やコイルバネ、サラバネなどの機械的弾性体な
どからなつている。中間スペーサ２０およびスペ
ーサ１９は例えば銅、クロム銅などからなり、や
きばめ成形時の絶縁筒の破壊を防止するほか放熱
をよくするため熱伝導率の高いもので構成されて
いる。シール具２１は限流材料１６の充填口を密
封するものである。又シール具２２，２３は緩衝
体１７，１８の充填口を密封する。

絶縁筒１１，１２の貫通孔１１ａ，１２ａの断
面積は限流素子の種々の電気的性能を満たそうと
する目標のために、例えば第１図に示すように貫
通孔１１ａの断面積は貫通孔１２ａの断面積より
小さくなつている。

次に動作について説明する。電流は第１の端子
１から入つて電極３、限流材料１６を通つて第２
の端子２に出る。正常負荷電流が流れているとき
は限流材料１６はジユール熱を発生している。こ
の発熱と主に絶縁筒１１，１２、特殊絶縁体１３
外筒１４を通る半径方向と電極３、端子１，２を
通る軸方向への放熱とが平衡する温度により限流
材料１６は固体あるいは液体の状態となつてい
る。

この限流素子に短絡電流などの過電流が流れる
とまず断面積の小さい絶縁筒１１の中の限流材料
１６が気化し、引きつづいて断面積の大きい絶縁
筒１２の中の限流材料１６も順次気化して高温・
高圧・高抵抗のプラズマ状態となり、過電流をあ
る値以下に抑制（限流）する。限流材料１６のプ
ラズマ化により発生した高温に対しては周囲の耐
熱性のある絶縁筒１１，１２が耐えて、又高圧力
に対しては両側にあるピストン４，５が移動し
て、緩衝体１７，１８を圧縮する動作により緩衝
される。限流動作時に限流材料１６の高低抗化に
より電流端子１と２の間に発生する電圧に対して
は絶縁筒１１，１２および特殊絶縁体１３が耐え
る。

限流素子は過電流を限流しても、ふつう遮断が
できないが、例えば直列に設けた開閉器（図示せ
ず）などで遮断され、その後は限流材料１６は放
熱によつて冷却し、緩衝体１７，１８によるピス
トン４，５の押し戻し圧力により液体又は固体状
態に復旧して、正常負荷電流を流すことができ
る。すなわち再通電性能を有する。

第１図の場合、限流材料１６の気化にはピスト
ン４，５から最も遠い中央部の絶縁筒１１から始
まるので、絶縁筒１１，１２の貫通孔のすべての
部分で気化することになり、絶縁筒１１，１２の
貫通孔のすべての部分を有効に限流に利用するこ
とができる。

又、ピストン４，５は限流動作時の圧力緩衝や
再通電性能のためだけのものでなく正常負荷電流
や起動時などにおける一時的な正常過電流の通電
時に限流材料１６が固体と液体の相変化をして体
積変化が生じるような場合でも常に限流材料１６
に圧縮力を与えて、絶縁筒１１，１２内に空隙が
生じ通電機能をそこなうことのないような役目も
有している。

しかし、以上の構成の従来の限流素子は一般に
特殊絶縁体１３の熱伝導率が小さいため、半径方
向への可能放熱量が少なく放熱は主として絶縁筒
１１，１２を通る軸方向への放熱に依存すること
になり、又発熱量の大きな貫通孔１１ａをもつ絶
縁筒が中心部にあるため高電圧化の目的で絶縁筒
１１，１２の軸方向の長さを長くすると貫通孔１
１ａから限流素子の外部までの熱抵抗が大きくな
り、かつ限流材料１６は自己のジユール発熱が大
きくなり、このため、温度上昇が大きくなつて限
流素子としての通電性能が低下するという欠点が
あつた。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
することを目的になされたもので、限流材料が充
填され、且つ軸方向に接続配置された複数個の絶
縁筒と、限流材料の気化時の圧力を緩衝する圧力
緩衝装置と、絶縁筒の一方の端面が熱結合するよ
うに配置されるとともに他方に圧力緩衝装置が配
置され、これらを絶縁体を介して固定支持する外
筒とから構成された第１及び第２の素子筒、この
第１、第２の素子筒における絶縁筒側同士をそれ
ぞれ結合するとともに貫通孔を介して絶縁筒の相
互間を連通する熱伝導率の高い材料からなる結合
体を設け、絶縁筒における結合体に近い側の充填
断面積を圧力緩衝装置に近い側より小さくすると
ともに、結合体における貫通孔の断面積を絶縁筒
における充填断面積より大きく形成することによ
り、通電性能に優れた自己復旧形限流素子を提供
する。

〔発明の実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明す
る。第２図はこの発明の一実施例であり、シール
リング１０から左側の第１の素子筒２５は小さな
断面積の貫通孔１１ａをもつ絶縁筒１１と大きな
断面積の貫通孔１２ａをもつ絶縁筒１２の配置が
異なり第２の電流端子２を有しない他は第１図と
同一で、この第１の素子筒２５の絶縁筒１１側お
よび該第１の素子筒２５と同一構造の第２の素子
筒２５ａの絶縁筒（図示せず）側を結合体２６に
螺合して電気的、機械的に一体構造としたもので
ある。結合体２６は例えばクローム銅やベリリウ
ム銅のような導電材あるいはベリリア磁器やアル
ミナ磁器のような絶縁材であつてもよいが、熱伝
導率が高く、機械的強度の大きなものが望まし
い。

結合体２６は第１の素子筒２５の限流材料１６
と第２の素子筒２５ａの限流材料１６とを接続す
るための貫通孔２６ａと該限流材料１６の充填口
２１ａを有し、該限流材料１６は充填口２１ａに
あるシール具２１により密封されている。又、結
合体２６と素子筒２５および２５ａとの螺合によ
る限流材料１６の密封は、シールリング１０およ
び１０ａによりなされている。第２図に示す構造
のものにおいては、短絡電流などの過電流が流れ
た場合、限流材料は１６は結合体２６に近い小さ
な断面積の貫通孔１１ａの部分で気化が開始し、
つづいて、大きな断面積の貫通孔１２ａの部分が
気化して絶縁筒１１，１２の貫通孔内のすべての
限流材料１６が気化し、限流に寄与する絶縁筒１
１，１２のすべてを有効に活用できる。

この発明の特徴は第１図の素子筒と比べて素子
筒２５は正常負荷電流の通電時最も発生熱量の大
きい個所である断面積の小さい貫通孔１１ａをも
つ絶縁筒１１が結合体２６に近接して配置されて
いるので第１図の素子筒２４よりはるかに放熱効
果が大きい。従つて、通電電流が同一であれば限
流材料１６の温度上昇が小さくなり、発生熱量も
低下する。逆に限流材料の温度上昇を同一とすれ
ば大きな通電電流がとれることを意味する。

また、この発明の特長はかかる素子筒２５とこ
れと同一の素子筒２５ａを結合体２６で接続し一
体としたことである。これにより、第１図に示す
従来の素子筒２４と同一の製造技術で製作可能な
素子筒２５のものを用いて、絶縁筒１１，１２の
長さを第１図の限流素子の２倍の長さとすること
ができしかも、限流素子の全長は第１図の従来の
限流素子の２倍より短かいコンパクトな高電圧化
に適する限流素子を提供できる。

さらに、又この発明の特長は結合体２６の貫通
孔２６ａの断面積を絶縁筒１１，１２の貫通孔１
１ａ，１２ａよりも大きくして限流材料１６の溜
めとしていることで、これにより限流材料１６の
圧縮率を利用した貫通孔２６ａ内の限流材料自身
を圧力緩衝体として利用できること、および限流
動作後膨張した限流材料が貫通孔１１ａ，１２ａ
で空隙を生じないよう圧縮力を及ぼすので限流素
子の限流動作後の抵抗の復旧、安定化に大きな効
果がある。

第３図はこの発明の他の一実施例を示すもの
で、外筒１４の一部を構成するスペーサ２８を例
えばクローム銅などのような熱伝導率の大きなも
ので作成し、その一端を最も発熱量の大きな貫通
孔１１ａをもつ、絶縁筒１１に直接接続し、他端
を放熱体となり、あるいは導電体となる例えばク
ローム銅などからなる結合体２６に直接接続した
ものである。この点が第２図の実施例とは異なり
絶縁筒１１，１２での発生熱を効果的に結合体２
６に伝熱し、外部に放熱することにより第２図の
ものとくらべて放熱効果をさらに高め、高電圧用
に適した限流素子を提供できるものである。

なお上記実施例では、例えば第２図の実施例で
は第１の素子筒２５と第２の素子筒２５ａは同一
直線上に結合したものを示したが、必らずしも同
一直線上にある必要はなく結合体２６の構造によ
り素子筒２５と２５ａの中心線を例えば直角（Ｌ
形）にしても又折り返し（Ｕ形）にしても機能を
損うものでなく、設置場所との関係で適当な角度
にすることができる。

又上記実施例では図示および説明を省略した
が、例えば第２図で素子筒２５，２５ａおよび結
合体２６の外周に放熱フインを設ければ、さらに
放熱効果を上げることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、限流材料が
充填された絶縁筒の一方の端面に対して熱結合す
るように配置された外筒を有する第１、第２の素
子筒と、これらの素子筒における絶縁筒側同士を
それぞれ結合するとともに貫通孔を介して絶縁筒
の相互間を連通する熱伝導率の高い材料からなる
結合体とを設け、絶縁筒における結合体に近い側
の充填断面積を圧力緩衝装置に近い側より小さく
するとともに、結合体における貫通孔の断面積を
絶縁筒における充填断面積より大きく形成するこ
とにより、絶縁筒の放熱特性を向上させることが
でき、小形で通電性能に優れた自己復旧形限流素
子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自己復旧形限流素子を示す断面
図、第２図はこの発明の一実施例による自己復旧
形限流素子を示す断面図、第３図はこの発明の他
の実施例を示す断面図である。 図において４はピストン、１１，１２は絶縁
筒、１４は外筒、１６は限流材料、１７は緩衝
体、１９はスペーサ、２５は第１の素子筒、２５
ａは第２の素子筒、２６は結合体、２６ａは貫通
孔である。なお、図中、同一符号は同一、又は相
当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電流が通過するときのジユール熱の大きさに
   基づき限流材料を気化させて上記電流を所定値以
   下に抑制し、その後は上記限流材料の放熱と圧縮
   により元の通電状態に復旧させる自己復旧形限流
   素子において、上記限流材料が充填され、且つ軸
   方向に接続配置された複数個の絶縁筒と、上記限
   流材料の気化時の圧力を緩衝する圧力緩衝装置
   と、上記絶縁筒の一方の端面が熱結合するように
   配置されるとともに他方に上記圧力緩衝装置が配
   置され、これらを絶縁体を介して固定支持する外
   筒とから構成された第１及び第２の素子筒、この
   第１、第２の素子筒における上記絶縁筒側同士を
   それぞれ結合するとともに貫通孔を介して上記絶
   縁筒の相互間を連通する熱伝導率の高い材料から
   なる結合体を備え、上記結合体に近い側の上記絶
   縁筒における充填断面積を上記圧力緩衝装置側の
   上記絶縁筒における充填断面積より小さくすると
   ともに、上記結合体における貫通孔の断面積を上
   記絶縁筒における充填断面積より大きくしたこと
   を特徴とする自己復旧形限流素子。 ２ 絶縁筒が熱結合された外筒部分を熱伝導率の
   高い材料で形成し、上記絶縁筒から上記結合体へ
   の熱伝導を高めたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の自己復旧形限流素子。