(57)【要約】【課題】電気機器をサージ電流から保護するためＳＰＤが使用されているが、ＭＯＶからなるＳＰＤは特性の劣化により漏れ電流が流れＳＰＤ自体を発火させる危険を有しＳＰＤ分離器を設置することが推奨されている。雷サージ電流のような大きな電流では不要動作することなく一方では、より小さな故障電流まで遮断でき、且つサージ電流放流時、あるいは電流遮断時に発生する逆起電力による過電圧を小さく抑えるＳＰＤ分離器が切望されている。【解決手段】耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻数が同じで円周方向でみた場合、電流の流れる方向が逆向きとなるよう可溶体を巻付け無誘導巻きとなり、誘導性のある大きなサージ電流においては誘導リアクタンスを小さくし、サージ電流の放流を阻害することなく、またサージ電流放流時及びＳＰＤ分離器の電流遮断時に発生する過電圧を小さく抑え、ＳＰＤの故障電流に対しては巻線により端子方向への放熱を抑え、より小さな故障電流まで遮断できる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻数が同じで、一方の巻き方向がＳ巻きで、もう一方がＺ巻きとなるよう可溶体を巻付けた後、その巻線の内側端同士を電気的に接続するとともに、外側両端を容器両端に固着した口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、電流の流れる向きが可溶体長の半分で逆となる無誘導巻きの可溶体となることを特徴とするサージ防護デバイス分離器。
【請求項２】
一本の耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻数が同じで同方向に巻付けた一対の可溶体の各巻き始め部を電気的に接続することにより円周方向でみた場合、電流の流れる向きが可溶体長の半分で逆となることを特徴とする請求項１に記載のサージ防護デバイス分離器。
【請求項３】
一対の耐熱絶縁材料から成る支持体の各外周に巻数が同じで同方向に可溶体を巻付けた部材が並列になるように配置し、可溶体の各巻き始め部を電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となることを特徴とする請求項１に記載のサージ防護デバイス分離器。
【請求項４】
耐熱絶縁材料がセラミックあるいはガラスであることを特徴とする請求項１乃至３に記載のサージ防護デバイス分離器。
【請求項５】
円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる可溶体を電気的に接続する材料として低融点金属を使用することを特徴とする請求項１乃至４に記載のサージ防護デバイス分離器。
【請求項６】
耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に可溶体を巻付けた部材の周りを消弧剤で充填したことを特徴とする請求項１乃至５に記載のサージ防護デバイス分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、サージ防護デバイス（以下ＳＰＤという）の故障による発煙、発火を防止するＳＰＤ分離器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  電気機器をサージ電流から保護するためＳＰＤが使用されているが、ＭＯＶ（金属酸化物バリスタ）からなるＳＰＤは、サージによる動作回数の増加により特性が劣化し漏れ電流（故障電流）が流れ、ＳＰＤ自体を発煙、発火させる危険を有しＳＰＤ故障時に電源系統から切離すためのＳＰＤ分離器を設置することが推奨され各種ＳＰＤ分離器が存在している。【０００３】  ＳＰＤ分離器の代表的なものとして機械的接点を有する配線用遮断器を機械的動作の応答性の遅れを利用して大きなサージ電流は通過させ、小さな故障電流に対しては配線用遮断器に内蔵しているコイルによる電磁力で接点を開放させるものがある。【０００４】  また従来からの電流ヒューズの可溶体に低融点合金を溶着させサージ電流耐量を上げる一方、故障電流が流れた際、低融点金属の拡散効果（ヒューズ用語で通常Ｍ効果という）を利用して可溶体を溶断させ故障したＳＰＤを電路から切離すものとして例えば、特許文献１がある。【０００５】  さらにタイムラグ特性の向上のため、セラミック棒状支持体の外周面に同種または異種金属の複数本の可溶体を並列に巻付けたものとして例えば、特許文献２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開２０１１−３３５０号公報
【０００７】
【特許文献２】  実開昭５２−１００５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ＳＰＤ分離器として配線用遮断器を用いる場合は、その切離しが機械的な接点構造のため、大きなサージ電流が流れると、その接点が電磁反発力により浮き上がり、あるいは浮き上がることにより接点間で放電が起き、その結果接点間での焼付が起きる危険が有り、この接点の浮き上がりを防ぐため数十Ａ以上という大きな定格電流の配線用遮断器を使用しなければならず、ＳＰＤが発煙・発火するような４０Ａ〜５０Ａ程度の小さな故障電流が流れた時には、ＳＰＤ分離器として役割を果たさないという問題がある。【０００９】  また文献１に記載の低融点金属を口金端子間に直張りした可溶体に溶着させたものは、より小さな故障電流でも溶断させるため低融点金属の拡散効果による可溶体の融点の低下を利用しているものの、体積抵抗率が５μΩ・ｃｍ以上の金属を使用することにより、可溶体の熱容量が増大し、また可溶体を端子間に直線的に架張することにより溶断させるためのジュール熱の一要素である抵抗を大きくすることが出来ず、また可溶体の断面積が大きくなることにより端子方向への放熱が大きくなり故障電流の下限値を引き下げることに限界がある。【００１０】  また文献２に記載のセラミック棒状支持体の外周面に同種または異種金属の複数本の可溶体を並列に巻付けたものは、巻付け効果により長い可溶体の長さが得られ端子方向への放熱は抑えられるものの、雷サージ電流のように波頭長８μｓ、波尾長２０μｓという立ち上がり及び減少が急峻な誘導性をもつ大電流に対しては、巻線が大きなリアクタンス成分となり、ＳＰＤがサージ電流を放流させる際、妨げになるという問題がある。【００１１】  本発明は、このような問題に対し、雷サージ電流等では不要動作すること無く、一方ＳＰＤが劣化し生じる故障電流に対して、遮断できる電流を、より小さな値まで引き下げることのできるＳＰＤ分離器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  請求項１に記載された発明は、耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻数が同じで、巻方向の一方がＳ巻きで、もう一方がＺ巻となる可溶体の内側同士を電気的に接続し、外側両端を容器両端に固着した口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる無誘導巻きの可溶体となり、立ち上がり及び減少が急峻な誘導性をもつ大きなサージ電流においては可溶体の誘導リアクタンスを小さなものとする。【００１３】  請求項２に記載された発明は、一本の耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻き方向及び巻数が同じ可溶体の各巻き始め部を電気的に接続するとともに、各巻き終り部を容器両端の口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる一本の無誘導巻きの可溶体となる。【００１４】  請求項３に記載された発明は、耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に可溶体を巻付けた一対の部材が、並列になるように配置し各可溶体の巻き始め部を電気的に接続し、各巻き終り部を容器両端の口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる一本の無誘導巻きの可溶体となる。【００１５】  請求項４に記載された発明は、巻線した可溶体を保持する材料としてセラミックあるいはガラスから成る耐熱絶縁材を支持体とするものである。【００１６】  請求項５に記載された発明は、円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる可溶体を電気的に接続する材料として錫あるいは錫−ビスマス等の低融点金属を利用するものである。【００１７】  請求項６に記載された発明は、耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に可溶体を巻付けた部材の周りを消弧剤で充填することにより、可溶体が振動等により容器両端内で動かないように保持するものである。
【発明の効果】
【００１８】  請求項１に記載された発明によれば、耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻数が同じで一方がＳ巻き、もう一方がＺ巻きとなるよう可溶体を巻付け、その可溶体内側両端を電気的に接続し、可溶体外側の両端を容器両端に固着した口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる一本の無誘導巻きの可溶体となり、立ち上がり及び減少が急峻な大きな電流、例えば誘導雷サージ電流の代表的な波高値２０ｋＡ、波頭長８μｓ、波尾長２０μｓのような電流に対し、誘導リアクタンスを小さいものとしＳＰＤのサージ電流の放流を阻害せず、不要溶断を発生させないとともに、サージ電流放流時、あるいは電流遮断時に発生する逆起電力による過電圧を小さく抑える効果がある。【００１９】  なお巻線で可溶体が長くなり抵抗が増加するものの、サージ電流のようにμｓオーダーと短い時間では、ほぼ断熱状態となるため可溶体の各部で発生する熱は、その部分の温度を上昇させるのみで、他に移動せず、通電能力は可溶体の断面積の大きさに関係し、可溶体が長くなることによる抵抗の増加がサージ電流放流の妨げとならない。【００２０】  一方サージの繰返し等での特性劣化による漏れ電流（故障電流）においては、可溶体が長くなることによる抵抗の増加が、小さな故障電流でも大きなジュール熱を発生させるとともに可溶体の端子方向への放熱を抑え、その結果可溶体を接続した部分の温度を高め、より小さな故障電流まで可溶体を溶断させる効果がある。【００２１】  請求項２に記載された発明によれば、一本の耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に巻付けた巻き方向及び巻数が同じ可溶体の各巻き始め部を電気的に接続するとともに、各巻き終り部を容器両端の口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる一本の無誘導巻きの可溶体となり、円周方向のサイズを抑えるとともに、可溶体溶断後の端子間の耐電圧を高めることができ、高い電圧の回路に使用できる効果がある。【００２２】  請求項３に記載された発明によれば、耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に同方向に可溶体を巻付けた一対の部材が並列になるように配置し、各可溶体の巻き始め部を電気的に接続し、各巻き終り部を容器両端の口金端子に電気的に接続することにより円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる一本の無誘導巻きの可溶体となり、ＳＰＤ分離器としての長さ方向のサイズを抑えるとともに、ＳＰＤが故障し発煙、発火を防止するための遮断電流を、より小さな電流まで引き下げる効果がある。【００２３】  請求項４に記載された発明によれば、巻線した可溶体を保持する支持体はセラミックあるいはガラス等の耐熱絶縁材料から成り、安価な材料でありながら可溶体が溶断する高温度でも炭化物を生成することなく、確実に保持する効果がある。【００２４】  請求項５に記載された発明によれば、円周方向でみた場合、可溶体長の半分で電流の流れる向きが逆となる可溶体を電気的に接続する錫あるいは錫−ビスマス等の低融点金属は、ＳＰＤが発煙・発火するまでの時間が長くなるような小さな故障電流が流れた際に、低融点金属の両側に在る可溶体の発熱を���け、可溶体が溶断するより先に溶融し、より小さな故障電流においても電気的接続部を切離す効果がある。【００２５】  請求項６に記載された発明によれば、耐熱絶縁材料から成る支持体の外周に可溶体を巻付けた部材の周りを消弧剤が充填することにより、取扱の際や輸送中あるいは地震等により振動が加わっても容器両端内で可溶体が動かず損傷させない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】  本発明の巻線した可溶体を接続する前の実施例の外観斜視図
【図２】  図１の巻線した可溶体を接続した実施例の外観斜視図
【図３】  本発明の巻線した可溶体を接続する前の別の実施例の外観斜視図
【図４】  図３の巻線した可溶体を接続した実施例の外観斜視図
【図５】  本発明の巻線した可溶体を接続する前の別の実施例の外観斜視図
【図６】  図５の巻線した可溶体を接続した実施例の外観斜視図
【図７】  本発明の図２の可溶体を容器に組み込む前の部品構成外観斜視図
【図８】  本発明の図２の可溶体を容器に組み込んだ実施例の断面図
【図９】  本発明の図６の可溶体を容器に組み込んだ実施例の断面図
【図１０】  本発明の図２の可溶体を容器に組み込んだ別の実施例の断面図
【図１１】  波高値２０ｋＡ、波頭長８μｓ、波尾長２０μｓによる試験電流波形
【図１２】  図１１の波形を無誘導巻していない可溶体に通過させた場合の電流波形
【図１３】  図１１の波形を本発明分離器に通過させた場合の電流波形
【発明を実施するための形態】
【００２７】  図１から図１３に基づき本発明の分離器について説明する。図中１は可溶体を支持する耐熱絶縁材料から成る支持体、２ａは耐熱絶縁材料から成る支持体にＳ巻きした可溶体巻き始め部、２ｂは可溶体のＳ巻き終り部、３ａは前記可溶体と逆巻のＺ巻きにした可溶体巻き始め部、３ｂはＺ巻き可溶体の巻き終り部、５は錫−ビスマス等の低融点金属材料による可溶体の電気的接続部、６は耐熱絶縁材料から成る支持体に巻きつけた可溶体を収納する容器、７は容器６の両端に固着するとともに可溶体と電気的接続を成す口金端子、８は支持体が容器の中で動かないように保持する支持体固定板、９は消弧剤、１０は可溶体と口金端子を接合するはんだである。
【００２８】  可溶体は、図１のように一本の耐熱絶縁材料から成る支持体１の外周に一方がＳ巻、もう一方がＺ巻きと巻き方向が逆向きで同じ巻数となるように巻き付け、図２のように可溶体のＳ巻き終り部２ｂとＺ巻き巻き始め３ａとを錫−ビスマス等の低融点金属５により電気的に接続したものである。
【００２９】  別の実施例として、図３のように一本の耐熱絶縁材料から成る支持体１の外周に巻方向及び巻数が同じとなるように巻き付けた後、図４のように一方の可溶体巻き始め部と、もう一方の可溶体巻き始め部である４ａを電気的に接続し無誘導巻きとすることもある。
【００３０】  さらに別の実施例として、図５のように２本の耐熱絶縁材料から成る支持体１の外周に巻方向及び巻数が同じとなるように巻き付けた後、耐熱絶縁材料から成る支持体が並列となるよう配置し、図６のように一方の可溶体巻き始め部と、もう一方の可溶体巻き始め部である４ａを電気的・機械的に接続し無誘導巻きとすることもある。
【００３１】  巻線となった可溶体を支持する支持体１は図７、図８あるいは図９のように、その両端を支持体固定板８で固定後、容器６に収納し、その両端に接着剤等で固着した口金端子７に可溶体の端（図８の場合、２ａ、３ｂ、図９の場合、４ｂ）をはんだ１０あるいは溶接等で電気的・機械的に接続する。
【００３２】  あるいは図１０のように巻線となった可溶体を支持する支持体１が容器内で動かないよう可溶体の周囲を消弧剤９で充填することもある。
【００３３】  本発明の一実施形態のＳＰＤ分離器において、直径２ｍｍのセラミックから成る支持体上に線径０．７ｍｍで表面に錫層を有する銅線を１．４ｍｍピッチでＳ巻き１５ターン、Ｚ巻き１５ターン巻付けた無誘導巻きした可溶体を錫で電気的・機械的に接合したものと比較のため同一方向に３０ターン巻付けた可溶体を筒型ヒューズの最小サイズである径１５ｍｍ長さ５０ｍｍの容器に納め試験を行った。
【００３４】  この時のインダクタンスは、本発明のＳＰＤ分離器では約０．６ｎＨであったのに対し、同一方向に巻付けた可溶体のものは約１４０ｎＨと明らかな差を生じた。
【００３５】  次に誘導雷サージ電流として代表的な波高値２０ｋＡ、波頭長８μｓ、波尾長２０μｓの電流波形図１１を前記の可溶体それぞれに印加し、接地側へ放流する電流を観測した結果、同一方向に巻付けたものは図１２のように雷サージ電流の通過が妨げられ低い波高値となり、本来雷サージ電流から守るべき機器に、放流が妨げられた電流が流入してしまう危険を有するものの、本発明のＳＰＤ分離器を通過する電流は図１３のように接地へと放流させることが出来ることを確認した。
【００３６】  さらに同じ長さの可溶体を同一方向にだけ巻いたものは前記の誘導雷サージ電流を繰返し印加した場合、５回で溶断したものの、本発明のＳＰＤ分離器は３０回以上耐えサージ耐久性の向上を確認した。
【００３７】  次に前記と同じ材質、線径の可溶体を前記と同じ、筒型ヒューズサイズ容器に直線的に架張したものと、前記と同じくＳ巻き１５ターン、Ｚ巻き１５ターン巻付けた可溶体を筒型ヒューズサイズに収納した本発明のＳＰＤ分離器で１０秒以内に溶断する電流を求める比較試験を行った。
【００３８】  この時の直流抵抗は、直線的の架張したものは約２．３ｍΩで溶断電流は５０Ａであり、本発明のＳＰＤ分離器では約１１ｍΩで電気抵抗が大きくなるとともに、可溶体長が長くなることにより端子方向への放熱が抑えられ溶断電流は３０Ａと直線的に架張したものより小さく出来、ＳＰＤが故障した場合の遮断電流を、より小さな電流まで引き下げられることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３９】  本発明は、サージ電流から電気機器を保護するＳＰＤが故障し発煙・発火することを防止するＳＰＤ分離器として利用可能である。
【符合の説明】
【００４０】  １    支持体
２    可溶体Ｓ巻き始め部
２ｂ  可溶体Ｓ巻き終り部
３ａ  可溶体Ｚ巻き始め
３ｂ  可溶体Ｚ巻き終り部
４ａ  可溶体巻き始め部
４ｂ  可溶体巻き終り部
５    可溶体接続部
６    容器
７    口金端子
８    支持体固定板
９    消弧剤
１０  はんだ
【図１】
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【図２】
2014036013.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014036013.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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