JPH10270216A - 限流器および配線用遮断器 - Google Patents

限流器および配線用遮断器

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JPH10270216A
JPH10270216A JP7403197A JP7403197A JPH10270216A JP H10270216 A JPH10270216 A JP H10270216A JP 7403197 A JP7403197 A JP 7403197A JP 7403197 A JP7403197 A JP 7403197A JP H10270216 A JPH10270216 A JP H10270216A
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JP
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JP7403197A
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Makoto Tani
信 谷
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 限流素子としてPTC素子を用い、過電流に
よってPTC素子に発生した熱の伝達速度を制御した過
電流に対する応答性が良好で、定常時の電力損失の小さ
い限流器を提供するとともに、この限流器を用いて遮断
容量を増大させた小型で保守性に優れる配線用遮断器を
提供する。 【解決手段】 金属製の端子板32上に、平板形状を有
するPTC素子31と熱伝達制御板37と熱吸収体34
とをこれらの順にそれぞれの平板面で積層して接合し、
さらに熱吸収体34に金属製の端子板33を接合して限
流器30が構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、構内配線系統等
の電路に流れる短絡電流等の過大な電流から構内配線系
統あるいは構内配線系統等の電路に配設された電力機器
を保護するための限流器および配線用遮断器に関し、さ
らに詳しくは、PCT素子を用いた限流器において、過
大電流によってPCT素子に発生した熱量の熱伝達を制
御することにより、過大電流の大きさに適した電流遮断
機構が作動する限流器および配線用遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】 従来より、交流600V以下、直流5
00V以下の構内配線系統においては、過負荷や短絡事
故が起こった場合に発生する過負荷電流あるいは短絡電
流等の過電流から構内配線系統を保護するために、電源
側と負荷側との間に配線用遮断器(Molded Ca
se Circuit Breaker:以下、MCC
Bと略す)が設けられている。
【0003】 このMCCBは、一般的に、電路の開閉
遮断を行う開閉機構と、定格電流より大きな電流のその
電流値に応じて自動的に電路の開閉遮断を行う引き外し
装置とが絶縁容器内に組み込まれ、この絶縁容器外部
に、これらの電流遮断機構と通ずる電力供給側端子、お
よび負荷接続側端子が設けられている。なお、ここで電
路とは、電力供給側端子と負荷接続側端子との間の配線
路をいう。
【0004】 前記開閉機構は、手動あるいは引き外し
装置によって電路の接点を開閉するものであり、引き外
し機構は、図8に示すような動作特性曲線となるように
作動するものである。すなわち、引き外し機構は、図8
において、定格電流In(1.0In)が流れる定常状
態においては作動しない。
【0005】 しかし、定格電流の1.25倍〜10倍
程度の過負荷電流が流れた場合には、120分〜5秒程
度後に引き外し動作を行ういわゆる時延引き外しを行
う。これは、電力機器においては、電源投入時に定格電
流以上の電流が流れることが多々あり、また、モータ等
の回転動力機器においては、始動および回転数の増大に
大きな電流を必要とし、定常状態に落ち着くにつれて定
格電流値となることから、このような機器の作動に必要
な過負荷電流に対して、その都度、MCCBが作動すれ
ば機器を作動することもできなくなることが一つの理由
である。
【0006】 これに対し、定格電流の10倍程度以上
の過電流域においては、MCCBは、0.02秒(50
Hzにおいて1サイクル)以内に引き外し動作を行うい
わゆる瞬時引き外しを行う。これは、10倍程度以上の
電流は、明らかに構内配線系統に生じた何らかの異常に
よる短絡電流等の過電流とみなされるので、配線系統に
生ずることが予想される事故を未然に防ぐことからも電
路の速やかな遮断が必要とされるからである。
【0007】 このようなMCCBの電流遮断容量を増
大させるために電磁反発機構、限流ヒューズ、抵抗素子
等の限流装置を備えたMCCBが実用化されるようにな
った。例えば、特開平3−102724号公報には、図
7に示す電磁反発機構による限流機構が開示されてい
る。
【0008】 図7において、固定導体11は一端に固
定された固定接点12を備えるととともに、この固定接
点12を有する導体部11Bは端子13と接続導体14
とを結ぶ導体部11Bに対してほぼ直角に立てられてい
る。また、接続導体14は筐体(図示せず)外に設けら
れた端子10に重ねられて固定できるようになってい
る。可動接触子15の一端には固定接点12に相対する
可動接点16が設けられ、可動接触子15の他端にはシ
ャント17が固定されて端子13に接続されている。そ
して、ピン18が可動接触子15を軸支するように貫挿
されており、このピン18に圧接バネ19が装着され、
可動接触子15を固定導体11側へ付勢している。さら
に、固定接点12と可動接点16の間には、アークを消
弧する消弧グリッド20が配設されている。
【0009】 このように構成された電磁反発機構に短
絡事故等により過電流が流れると、可動接点16と固定
接点12との間もしくは可動接触子15と固定導体11
との間に働く電磁反発力が圧接バネ19の押圧力に抗し
て反発し、可動接点16と固定接点12とが開離して両
接点間にアークAが発生する。このとき、固定導体11
の底面導体部11Aに流れる電流I1とアークAとはお
互いに異方向電流であるため、アークAは消弧グリッド
20側に駆動される。こうして、アークAを消弧グリッ
ド20へ駆動させると、アーク長が伸び、また消弧グリ
ッド20によりアークAは冷却されるのでアーク電圧も
高くなる。この結果、得られた高いアーク電圧は電路に
おいて高抵抗を挿入したのと同じ効果となり、過電流が
制限されて限流される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、上述
した電磁反発機構を備えたMCCBにおいて、さらに電
流遮断容量を大きくするためには、発生するアークを長
くし、またアーク電圧を高くしなければならないので、
結果的に消弧グリッドが大型化し、MCCB自体も大型
化するとう問題が生ずる。
【0011】 これに対し、限流ヒューズはヒューズ自
体が溶断して限流を行うものであるので、この溶断の度
に限流ヒューズの交換をしなければならないという保守
面での問題がある。また、抵抗素子等の限流素子を備え
たMCCBにおいては、定格電流が流れる定常状態にお
いて、抵抗素子による電圧降下に起因する電力損失が大
きくなり、さらに、過電流が抵抗素子により限流される
と、引き外し機構の動作が遅れるという問題を生ずる。
【0012】 このような問題を解決するために、特開
平4−351825号公報には、図6の回路図に示され
るように、限流素子としてPTC素子を用いたものが開
示されている。ここで、PTC素子は、図5に示される
ように、その素子の温度が上昇して所定の温度(転移温
度)に達したときに抵抗値が急激に増大する特性を有す
るために、PTC素子に電流が流れると、ジュール熱が
発生してPTC素子の温度が上昇して転移温度に到達し
たときに抵抗が増大して電流を制限する特性を有する。
【0013】 図6に示す回路は、MCCB4の電路に
配設されたPTC素子1に過電流が流れた場合にPTC
素子1が発熱して相転移温度に到達すると同時に抵抗値
が急激に増加して電流を制限し、このときにPTC素子
1に生ずる熱、あるいは熱動素子2の熱で開閉機構の接
点3を作動させて過電流を遮断するものである。
【0014】 しかしながら、PTC素子1には固有の
抵抗値があるために、図8に示したように、電子機器等
の定常電流値や従来のMCCBの時延引き外し作動領域
においてもPTC素子1にジュール熱が発生することか
ら、その放熱状態を制御しなければ、PTC素子1に発
生した熱の蓄積によりPTC素子1が相転移温度に到達
して電流を制限したり、あるいは開閉機構を作動させる
可能性がある。
【0015】
【課題を解決するための手段】 そこで、本発明者は、
PTC素子において発生する熱量の放熱状態を制御する
ことにより、図8における定常電流域および時延引き外
し作動領域においては、PTC素子は電流による発熱に
よっては相転移温度へ上昇することがなく、低抵抗値を
保持して一定時間経過後に時延引き外し機構により電流
が遮断され、一方、瞬時引き外し作動領域においては、
PTC素子は過電流によって瞬時に相転移温度へ到達し
て電流を制限した状態で、従来から装備されている瞬時
引き外し機構が作動することを可能としたものである。
【0016】 すなわち、本発明によれば、所定の相転
移温度になると急激にその抵抗値が増大する正の抵抗温
度係数を有するPTC素子を電路に備えて、該電路に過
電流が流れることにより、当該PTC素子の温度が上昇
してその温度が当該所定の相転移温度に至ると急激にそ
の抵抗値が増大して過電流を抑制するPTC素子を用い
た限流器であって、前記PTC素子の少なくとも一部の
表面に接合されるように第一の熱伝達制御層が設けら
れ、当該第一の熱伝達制御層の当該PTC素子と接触し
ていない表面の少なくとも一部に金属製の第一の端子が
接合され、当該PTC素子の当該第一の熱伝達制御層と
接触していない表面の少なくとも一部に金属製の第二の
端子が接合されていることを特徴とする限流器、が提供
される。
【0017】 ここで、上記の限流器において、第二の
熱伝達制御層を前記PTC素子と前記第二の端子との間
に嵌挿して接合し、設けてもよい。また、前記第一の熱
伝達制御層と前記第一の端子との間に、第一の熱吸収体
を嵌挿して接合したものも好適に用いられる。さらに、
第二の熱伝達制御層と第二の熱吸収体とが互いの表面の
少なくとも一部を接触するように接合されたものを、当
該第二の熱伝達制御層と当該PTC素子が接合され、か
つ当該第二の熱吸収体が当該第二の端子と接合されるよ
うに、前記PTC素子と前記第二の端子との間に嵌挿し
て接合してもよい。
【0018】 また、本発明によれば、所定の相転移温
度になると急激にその抵抗値が増大する正の抵抗温度係
数を有するPTC素子を電路に備えて、該電路に過電流
が流れることにより、当該PTC素子の温度が上昇して
その温度が当該所定の相転移温度に至ると急激にその抵
抗値が増大して過電流を抑制するPTC素子を用いた限
流器であって、前記PTC素子が金属製の第一の端子お
よび第二の端子に挟持されて接合され、当該第一の端子
または当該第二の端子のいずれか一方の当該PTC素子
と接合されていない表面の少なくとも一部に熱伝達制御
層を接合し、さらに当該熱伝達制御層の当該端子と接合
されていない表面の少なくとも一部に、熱吸収体を接合
したことを特徴とする限流器、が提供される。ここで、
前記熱伝達制御層と前記熱吸収体とが、前記第一の端子
および前記第二の端子の両方の前記PTC素子と接合さ
れていない表面の少なくとも一部に接合されているもの
も好適に使用される。
【0019】 上述した本発明の限流器に使用される第
一および第二の熱伝達制御層の熱伝達時定数は、5ミリ
秒〜100ミリ秒であることが好ましく、材料として、
三酸化二バナジウムが好適に用いられる。
【0020】 さらに本発明によれば、電路に短絡電流
等の過電流が流れると、温度が上昇してその温度が所定
の相転移温度に達すると急激にその抵抗値が増大して当
該過電流を限流するPTC素子および当該過電流によっ
て当該PTC素子に発生したジュール熱の伝達を制御す
る熱伝達制御層を具備した限流器と、瞬時引き外し電流
以上の過電流では瞬時に引き外し動作を開始し、定格電
流よりも大きく瞬時引き外し電流未満の過負荷電流では
電流値に応じた時延時間後に引き外し動作を開始する接
点の引き外し機構とを、備えた配線用遮断器であって、
前記電路に定格電流より大きく瞬時引き外し電流以下の
過負荷電流が流れた場合には、前記PTC素子は前記相
転移温度に到達せず低抵抗値に保持されたまま限流を行
わずに、所定時間経過後に前記引き外し機構により当該
過負荷電流の遮断を行い、前記電路に短絡電流のような
過電流が流れた場合には、前記PTC素子が前記相転移
温度に到達して当該過電流を当該接点の引き外し機構の
電流遮断容量以下に限流し、その後に当該接点の引き外
し機構により当該過電流を遮断するようにしたことを特
徴とする配線用遮断器、が提供される。ここで、前記配
線用遮断器に用いられる限流器としは、上述したPTC
素子、熱伝達制御層、熱吸収体、金属製の端子等から構
成される限流器が好適に用いられる。
【0021】
【発明の実施の形態】 上記本発明によるMCCBにお
いては、従来の引き外し機構による電流の遮断に影響を
及ぼさずに、PTC素子により過電流の限流が行われる
ために、低容量のMCCBを大型化することなく大容量
化、すなわち最大遮断電流値を大きくすることが可能と
なる。以下、本発明の実施の形態について図面を参照し
ながら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定さ
れるものではない。
【0022】 図1は、本発明の限流器30の一実施形
態を示す斜視図である。限流器30は、薄板状に形成し
たPTC素子31の平板面の一面が、長手平板形の端子
板32に接合され、もう一方の平板面に平板状の熱伝達
制御層37が接合されて、熱伝達制御層37のPTC素
子31と接合されていない平板面には熱吸収体34が接
合されている。さらに、端子板33が熱吸収体34の熱
伝達制御板37が接合された面と反対の面に取付けられ
ている。
【0023】 ここで、一般的にPTC素子31の抵抗
値はその断面積に比例して小さくなり、その長さに反比
例して小さくなることから、PTC素子31の抵抗値を
小さくするためには、電流の流れる断面積を大きくし、
その長さを短くすることが好ましい。
【0024】 また、本発明に用いられるPTC素子と
しては、室温抵抗率ρが小さく、相転移温度(Tc)に
おける抵抗上昇率が大きいことが好ましいが、相転移温
度(Tc)はMCCBの用途、たとえば、大電力用であ
るか、または一般電子機器配線用であるか、あるいは限
流開始温度を低く設定したい場合等によって適宜好適な
ものが選択され、一般的には相転移温度(Tc)が約6
0℃〜300℃程度のものが多く用いられる。なお、P
TC素子の室温抵抗率が小さければ、定常電流によるジ
ュール熱の発生が少ないので、通常使用時の温度が低く
抑えられる。その結果、通常使用温度から相転移温度ま
での温度差が大きくなることから、この温度差を小さく
するために、相転移温度の低いPTC素子でも使用する
ことが可能となる。
【0025】 このようなPTC素子として、本発明に
おいては、室温抵抗率が約10〜100mΩ・cm、相
転移温度が200℃〜260℃であって、その相転移温
度における抵抗上昇率が約1000倍以上であるクリス
トバライト系複合セラミックスや、室温抵抗率が約1〜
10mΩ・cm、相転移温度が約60℃〜150℃であ
って、相転移温度における抵抗上昇率が約1000倍以
上の特性を有する酸化バナジウム(V23)−酸化クロ
ム(Cr23)系セラミックスが好適に用いられる。
【0026】 その他のPTC素子としては、チタン酸
鉛(PbTiO3)セラミックス、チタン酸バリウム
(BaTiO3)セラミックス、チタン酸ビスマス(B
iTiO3)セラミックスあるいはこれらの固溶体を用
いてもよい。さらに、ポリエチレン−カーボン系複合材
料やポリオレフィン−カーボン系複合材料からからなる
PTC素子を用いることも可能である。
【0027】 長手板状に形成された端子板32、33
は、たとえば、銅、アルミニウム、ステンレス等の導電
性が良好な材料が用いられる。この端子板32、33
は、薄板状に形成したPTC素子31の平板面に重ね合
わされるようにして導電性接着剤等によりPTC素子3
1と接合されるか、またはPTC素子31をメタライズ
して金属ロウ付けあるいは溶接等により接合されて電路
が形成される。したがって、電流が流れるPTC素子3
1の断面積が大きく、その距離が短いので、PTC素子
31は抵抗値が小さくなり、電力損失の低下を防止する
ことができる。さらに、概して端子板32、33に使用
される良導電性金属は熱伝達性にも優れていることか
ら、端子板33は熱吸収体34に吸収された熱を外部に
放熱することが可能である。なお、端子板には、MCC
Bや配線との接続に利用される取付孔32A、33Aが
配設されている。
【0028】 次に、熱吸収体34はPTC素子31に
流れた電流によって発生したジュール熱を一時的に吸収
する役割を果たす。熱吸収体34は、図8に示される時
延引き外し作動領域においては、時延引き外し機構が作
動する約120分〜5秒以内にPTC素子31に発生し
た熱によりPTC素子31が相転移温度に到達すること
がなく、時延引き外し機構が設定時間において作動する
ように一時的に熱吸収を行う。このような熱吸収体34
としては、金属単体や、金属製の容器に低融点金属を密
閉したものが好適に用いられる。また、熱吸収体34と
端子板33と一体的に構成してもかまわない。
【0029】 図8に示される瞬時引き外し作動領域に
おいては、瞬時引き外し機構が作動して電流を遮断する
0.02秒以内であって、過電流の発生からなるべく短
時間のうちに、PTC素子31に発生するジュール熱に
よりPTC素子31が相転移温度に到達して限流が行わ
れ、また、時延引き外し作動領域においては、端子板3
2、33や熱吸収体34へ良好に熱伝達するように、熱
伝達制御層37の熱伝達時定数を調整しなければならな
い。
【0030】 そのため、熱伝達制御層37の熱伝達時
定数は、5〜100ミリ秒の範囲に設定することが好ま
しい。このようにすることで、時延引き外し機構の正常
な作動と、瞬時引き外し機構の作動前の限流を行うこと
が可能となり、PTC素子の付加によるMCCBの高容
量化を達成することが可能である。このような熱伝達制
御層37としては、抵抗率が小さく、熱伝導率が小さい
物質が好ましく、例えば、三酸化二バナジウムが使用で
きる。
【0031】 このような熱伝達制御層37を設けてP
TC素子31から端子板32、33や熱吸収体34への
熱伝達速度を制御することにより、瞬時引き外し作動領
域の過電流ではPTC素子31のジュール熱により断熱
的にPTC素子を加熱して速やかに抵抗転移させ、時延
引き外し作動領域の過負荷電流ではPTC素子31のジ
ュール熱を端子板32、33や熱吸収体34へ良好に伝
達してPTC素子31の抵抗転移を時延引き外し作動時
間以降まで遅延することができる。
【0032】 さらに、熱伝達制御層37の熱伝達率が
温度によって変化し、通常使用状態、すなわち、定格電
流以下を通電した状態のPTC素子31の温度では熱伝
導率が大きくて放熱性を支援し、過電流によって温度上
昇し始めたPTC素子31の温度では熱伝導率が小さく
てPTC素子31を断熱し、PTC素子31の相転移温
度以上では再び熱伝導率が大きくてPTC素子31の放
熱を支援するような材料を熱伝達制御層37に用いると
さらに好ましい。
【0033】 上述した図1に示す実施形態において、
PTC素子31と端子板32との間に、熱伝達制御層と
熱吸収体とを一体化したものを、その熱伝達制御層がP
TC素子31と接合され、その熱吸収体が端子板32と
接合されるように嵌挿して接合してもよい。すなわち、
PTC素子31と端子板32、33それぞれの間の部材
構成を同等とすることも好ましい。
【0034】 一方、図1に示した実施形態において、
熱伝達制御層37と端子板33の特性設定によっては、
熱吸収体34を取付けなくてもかまわない。また、この
ように熱吸収体34を取付けない状態で、PTC素子3
1と端子板32との間に、熱伝達制御層37と同等の熱
伝達制御層を嵌挿して固定し、PTC素子31と端子板
32、33それぞれの間の部材構成を同等とすることも
可能である。
【0035】 さらに、必要に応じて熱伝達性が良好な
アルミニウム合金等からなる板状体に複数の放熱フィン
を一体に形成した放熱体を端子板32、33の外表面に
取付けてもよい。この種の放熱体は、ソリッドステート
リレーや半導体レーザー素子等の放熱に使用されている
ものと同類のものである。このような放熱体を取付ける
場合には、端子板32、33と放熱体との間に熱伝達性
が良好な薄膜状の絶縁シート等を挟んで固定することに
より、不注意等による作業者の感電を防ぐことができ
る。
【0036】 図2は三相型のMCCB50の外形を示
す平面図であり、このMCCB50は電路に接続される
主接点、主接点を開閉する開閉機構、主接点の開極時に
発生するアークを消弧するための消弧室、過負荷電流ま
たは短絡電流等の過電流に対して開閉機構を釈放して主
接点を引き外す引き外し装置を内蔵し、開閉機構を動作
させて主接点を電路に投入する操作スイッチ51と、こ
のMCCB50を電源側の電路に接続する電源側端子5
2X、52Y、52Zと、MCCB50を負荷側の電路
に接続する負荷側端子53X、53Y、53Zとを備え
ている。なお、54X、54Y、54Zは電力供給ケー
ブルであり、55X、55Y、55Zは負荷配線ケーブ
ルである。
【0037】 そして、上述した限流器30の端子板3
2の取付孔32AをMCCB50の電源側端子52Zに
取付けてネジ止めし、限流器30の各端子板33の取付
孔33Aを電源側の電力供給ケーブル54Zに取付けて
ネジ止めする。同様の接続を電力供給ケーブル54X、
54YとMCCB50の電源側端子52X、52Yのそ
れぞれについて行うことにより、電力供給ケーブル54
X、54Y、54Zが各限流器30を介してMCCB5
0に接続される。一方、負荷側端子53X、53Y、5
3Zに負荷配線ケーブルを相毎に接続する。これにより
各相毎に限流器30を備えたMCCB50が配線に接続
されることになる。
【0038】 次に、上記の通りに各相毎に限流器30
を取付けたMCCB50の動作について説明する。ま
ず、正常時、すなわち定格電流が流れる場合の動作につ
いては、操作スイッチ51を操作して開閉機構を動作さ
せて主接点を電路に投入すると、電源の電力が限流器3
0およびMCCB50を通して負荷に供給され、この電
路に定格電流が流れるようになる。このとき、限流器3
0のPTC素子31の抵抗値は小さいために電力損失を
ほとんど伴うことなく負荷に電力が供給される。そし
て、このときにPTC素子31に発生するジュール熱は
たいへん小さいものであるので、PTC素子31近傍よ
り自然放熱されてPTC素子31が相転移温度に到達す
ることはない。
【0039】 しかしここで、何らかの原因により電路
に定格電流の1.25倍〜10倍程度の過負荷電流が流
れる異常状態となると、限流器30にこの過負荷電流が
流れてそのジュール熱によりPTC素子31が発熱す
る。しかし、このときに発生したジュール熱は、熱吸収
体34に吸収されることから、時延引き外し機構が作動
する約120分〜5秒という時間の経過前にPTC素子
31自体が相転移温度に到達することなく、低抵抗値に
保持され、過電流が流れ始めてから所定時間経過後に、
時延引き外し機構が作動して過負荷電流を遮断する。
【0040】 これに対し、電路に短絡電流等の定格電
流の10倍程度以上の過電流が流れた場合には、PTC
素子31は瞬時に発熱するが、熱伝達制御層37の熱伝
達時定数が5〜100ミリ秒に設定されているために、
これより早い時間内には熱吸収体34への伝熱が行われ
ず、その結果、PTC素子31は相転移温度に到達して
抵抗値が増大し、限流を開始する。限流開始後は、熱伝
達制御層37の熱伝達時定数に応じてPTC素子31の
熱が熱吸収体34へ伝達されるため、限流状態を維持し
たまま必要以上のPTC素子31の加熱は抑制される。
そして、過電流の検知から0.02秒以内に瞬時引き外
し機構が作動して電路を遮断して過電流が流れなくな
る。したがって、限流器30が作動することで、限流後
の電流値がMCCB50の最大遮断容量以下となるよう
にPTC素子31の特性を設計することにより、MCC
B50の電流遮断容量を大きくすることができる。
【0041】 もちろん、このような動作を可能とする
には、PTC素子31は短絡電流等の過電流域にあって
は、瞬時引き外し機構が作動する0.02秒以内の、た
とえば約0.005秒以内に相転移温度に到達するよう
に設定されていることが必要である。一方、熱伝達制御
層37の熱伝達時定数は、5〜100ミリ秒であること
から、PTC素子31に発生するジュール熱の放熱はP
TC素子31が相転移温度に到達するまでは見かけ上無
視することができ、したがって断熱的にPTC素子温度
が上昇するとみなすことができることが必要である。
【0042】 図3は、本発明の別の実施形態を示す斜
視図である。限流器70は、薄板状に形成したPTC素
子71の平板面が手平板形の端子板72、73に挟まれ
るように接合され、端子板73のPTC素子71が接合
されていない平板面上に平板状の熱伝達制御層77が形
成され、熱伝達制御層77の端子板73と接合されてい
ない平板面に熱吸収体74が接合されている。また、端
子板には、MCCBや配線との接続に利用される取付孔
72A、73Aが配設されている。このような構成の限
流器としても、上述した過電流に対する限流特性を発揮
することが可能である。なお、本実施形態において、熱
伝達制御層と熱吸収体は、端子板72、73の両方のP
TC素子71が接合されていない面に取付けられても構
わない。
【0043】 以上、本発明の限流器およびこの限流器
を用いたMCCBの実施形態について説明してきたが、
本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が加えられるもので
あることが理解されるべきである。たとえば、本発明に
おいては、上述した実施形態を含め、図4(a)〜
(f)に示した種々の限流器の構成が好適に採用され
る。また、本発明におけるPTC素子と熱伝達制御層の
形状は、円形や多角形の板であってもよいし、円筒や楕
円円筒あるいは多角形円筒であってもかまわず、低抵抗
なPTC素子を用いた場合には、前述した板状に対し、
ブロック状のものも使用することが可能である。そし
て、これらPTC素子等の形状に応じて、熱伝達制御層
や端子板、熱吸収体等の形状を適宜変更できることはい
うまでもない。
【0044】
【実施例】 以下、本発明を実施例および比較例により
具体的に説明する。表1に実施例および比較例として試
験に使用した限流器について、それらを構成するPTC
素子、熱伝達制御層、端子板、熱吸収体、放熱体の特
性、およびこれらの限流器に接続して使用するMCCB
の特性を併記した。ここで、実施例に用いた限流器は、
本発明の一実施形態である図1に示した構造を基本とす
るが、図1における熱吸収体34と一方の端子板33と
を一体化したものを用いた。また、比較例として、実施
例の限流器から熱伝達制御層と熱吸収体および放熱体を
取除いた限流器を使用し、限流器を用いないMCCB単
体のものについても試験の対象とした。
【0045】
【表1】
【0046】 まず、前述した表1に示した実施例およ
び比較例の限流器を、同じく表1に示したMCCBにそ
れぞれ接続して過電流を通電し、PTC素子の動作時間
と最大通過電流を測定した。
【0047】 この試験結果を表2に示す。実施例の限
流器は125kAの過電流を50kAに限流しており、
取付けたMCCBによって良好に過電流を遮断すること
ができた。一方、比較例の限流器では、125kAの過
電流は79kAまでにしか限流することができなかった
ために、取付けたMCCBでは過電流を遮断できず、元
電源の電流遮断器で遮断する必要があった。したがっ
て、実施例の限流器、すなわち本発明の限流器では、熱
伝達制御層によってPTC素子が端子板および熱吸収体
から断熱されるためにPTC素子の抵抗転移動作が遅延
なく発現して、最大通過電流をMCCBの遮断容量以下
に限流することが可能であった。すなわち、実施例の限
流器によって、実質的にMCCBの電流遮断容量を定格
の50kAから125kAに格上げできていることがわ
かる。
【0048】
【表2】
【0049】 次に、実施例と比較例の限流器およびM
CCBのそれぞれに過負荷電流を通電して引き外し動作
時間を測定した。その結果を図9に示す。実施例の限流
器においては、約16In(Inは定格電流を表す)以
下の過負荷電流では遮断器よりも動作時間が長かった。
この結果から、約16In以下の過負荷電流では、PT
C素子による限流開始前にMCCBの時延引き外しの機
構が先に動作して電流を遮断することがわかる。一方、
比較例では、約16In以下の過負荷電流でMCCBよ
りも動作時間が短かった。この結果から、モータ等によ
る約16In以下の過負荷電流でもPTC素子が限流動
作をしてしまい、負荷に悪影響を及ぼすことがわかる。
以上の結果から、約16In以下の過負荷電流によって
PTC素子に生ずる熱は、熱伝達制御層によってPTC
素子から端子板及び熱吸収体に良好に熱伝達されるため
に、MCCBが作動するまでPTC素子の抵抗転移動作
が遅延され、負荷に影響を及ぼさないことがわかる。
【0050】
【発明の効果】 上述の通り、本発明の限流器によれ
ば、低抵抗のPTC素子が、金属製の端子板に広い面積
で接触して嵌挿、固定され、しかも電流が流れる方向の
PTC素子の厚さが薄いので、抵抗値が小さい。したが
って、定格電流が流れる状態では電力損失がほとんどな
く、PTC素子が相転移温度へ上昇することがない。ま
た、定格電流の10倍程度までの過電流が流れた場合に
もPTC素子と熱伝達制御層の設定により、PTC素子
は相転移温度に到達しないので、時延引き外し機構の作
動に悪影響を及ぼさない。さらに、電路に短絡電流等の
過電流が流れると、熱伝達制御層の設定により熱伝達が
遅延されるので、PTC素子は瞬時に相転移温度に到達
して限流を開始し過電流を抑制する。このため、PTC
素子をMCCBに接続することによりMCCBの遮断容
量が増大するために、小容量のMCCBを用いても大容
量のMCCBを用いた場合と同様の電流遮断効果が得ら
れるので、MCCBの設置コストを大幅に低減させるこ
とが可能であり、また、部品の交換等も必要のないため
に、保守性に優れる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の限流器の実施形態を示す斜視図であ
る。
【図2】 本発明の限流器を配線用遮断器(MCCB)
に取付けた例を示す平面図である。
【図3】 本発明の限流器の別の実施形態を示す斜視図
である。
【図4】 本発明の限流器の種々の構造を示す説明図で
ある。
【図5】 従来および本発明に使用されるPTC素子の
温度−抵抗特性を示す説明図である。
【図6】 従来のPTC素子を用いた配線用遮断器(M
CCB)の回路図である。
【図7】 従来の電磁式限流器を示す説明図である。
【図8】 従来の配線用遮断器(MCCB)の動作特性
を示す説明図である。
【図9】 本発明の実施例と比較例における電流遮断特
性を示すグラフである。
【符号の説明】
1…PTC素子、2…熱動素子、3…開閉機構接点、4
…MCCB、10…端子、11…固定導体、11A…導
体部、11B…導体部、12…固定接点、13…端子、
14…接続導体、15…可動接触子、16…可動接点、
17…シャント、18…ピン、19…圧接バネ、20…
消弧グリッド、30…限流器、31…PTC素子、32
…端子板、32A…取付孔、33…端子板、33A…取
付孔、34…熱吸収体、37…熱伝達制御層、50…M
CCB、51…操作スイッチ、52X/52Y/52Z
…電源側端子、53X/53Y/53Z…負荷側端子、
54X/54Y/54Z…電力供給ケーブル、55X/
55Y/55Z…負荷配線ケーブル、70…限流器、7
1…PTC素子、72…端子板、72A…取付孔、73
…端子板、73A…取付孔、74…熱吸収体、77…熱
伝達制御層、A…アーク、I…電流、I1…電流。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の相転移温度になると急激にその抵
    抗値が増大する正の抵抗温度係数を有するPTC素子を
    電路に備えて、該電路に過電流が流れることにより、当
    該PTC素子の温度が上昇してその温度が当該所定の相
    転移温度に至ると急激にその抵抗値が増大して過電流を
    抑制するPTC素子を用いた限流器であって、 前記PTC素子の少なくとも一部の表面に接合されるよ
    うに第一の熱伝達制御層が設けられ、当該第一の熱伝達
    制御層の当該PTC素子と接触していない表面の少なく
    とも一部に金属製の第一の端子が接合され、当該PTC
    素子の当該第一の熱伝達制御層と接触していない表面の
    少なくとも一部に金属製の第二の端子が接合されている
    ことを特徴とする限流器。
  2. 【請求項2】 前記PTC素子と前記第二の端子との間
    に、第二の熱伝達制御層を嵌挿して接合したことを特徴
    とする請求項1記載の限流器。
  3. 【請求項3】 前記第一の熱伝達制御層と前記第一の端
    子との間に、第一の熱吸収体を嵌挿して接合したことを
    特徴とする請求項1記載の限流器。
  4. 【請求項4】 前記PTC素子と前記第二の端子との間
    に、第二の熱伝達制御層と第二の熱吸収体とが互いの表
    面の少なくとも一部を接触するように接合されたもの
    を、当該第二の熱伝達制御層と当該PTC素子が接合さ
    れ、かつ当該第二の熱吸収体が当該第二の端子と接合さ
    れるように、嵌挿したことを特徴とする請求項3記載の
    限流器。
  5. 【請求項5】 所定の相転移温度になると急激にその抵
    抗値が増大する正の抵抗温度係数を有するPTC素子を
    電路に備えて、該電路に過電流が流れることにより、当
    該PTC素子の温度が上昇してその温度が当該所定の相
    転移温度に至ると急激にその抵抗値が増大して過電流を
    抑制するPTC素子を用いた限流器であって、 前記PTC素子が金属製の第一の端子および第二の端子
    に挟持されて接合され、当該第一の端子または当該第二
    の端子のいずれか一方の当該PTC素子と接合されてい
    ない表面の少なくとも一部に熱伝達制御層を接合し、さ
    らに当該熱伝達制御層の当該端子と接合されていない表
    面の少なくとも一部に、熱吸収体を接合したことを特徴
    とする限流器。
  6. 【請求項6】 前記熱伝達制御層と前記熱吸収体とが、
    前記第一の端子および前記第二の端子の両方の前記PT
    C素子と接合されていない表面の少なくとも一部に接合
    されていることを特徴とする請求項5記載の限流器。
  7. 【請求項7】 前記第一及び第二の熱伝達制御層が三酸
    化二バナジウムであることを特徴とす請求項1〜6のい
    ずれかに記載の限流器。
  8. 【請求項8】 前記第一及び第二の熱伝達制御層の熱伝
    達時定数が、5ミリ秒〜100ミリ秒であることを特徴
    とする請求項1〜7のいずれかに記載の限流器。
  9. 【請求項9】 電路に短絡電流等の過電流が流れると、
    温度が上昇してその温度が所定の相転移温度に達すると
    急激にその抵抗値が増大して当該過電流を限流するPT
    C素子および当該過電流によって当該PTC素子に発生
    したジュール熱の伝達を制御する熱伝達制御層を具備し
    た限流器と、 瞬時引き外し電流以上の過電流では瞬時に引き外し動作
    を開始し、定格電流よりも大きく瞬時引き外し電流未満
    の過負荷電流では電流値に応じた時延時間後に引き外し
    動作を開始する接点の引き外し機構とを、 備えた配線用遮断器であって、 前記電路に定格電流より大きく瞬時引き外し電流以下の
    過負荷電流が流れた場合には、前記PTC素子は前記相
    転移温度に到達せず低抵抗値に保持されたまま限流を行
    わずに、所定時間経過後に前記引き外し機構により当該
    過負荷電流の遮断を行い、 前記電路に短絡電流のような過電流が流れた場合には、
    前記PTC素子が前記相転移温度に到達して当該過電流
    を当該接点の引き外し機構の電流遮断容量以下に限流
    し、その後に当該接点の引き外し機構により当該過電流
    を遮断するようにしたことを特徴とする配線用遮断器。
  10. 【請求項10】 前記配線用遮断器に備えられる限流器
    が、請求項1〜8のいずれかに記載の限流器であること
    を特徴とする請求項9記載の配線用遮断器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100729011B1 (ko) 2006-02-22 2007-06-14 엘에스전선 주식회사 Ptc 한류 모듈 및 이를 이용한 3상 일괄형 한류기
KR100764297B1 (ko) 2006-02-22 2007-10-05 엘에스전선 주식회사 Ptc 소자를 구비하는 전류 차단기
CN112185634A (zh) * 2019-07-01 2021-01-05 力特保险丝公司 具有电阻元件的pptc器件

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