(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、熱伝導率が低い高融点金属製のリングが設けられており、該高融点金属製のリングと外筒内壁との間が絶縁性密封体で封止されたことを特徴とする電線ヒューズ。
【請求項２】
請求項１記載の電線ヒューズを製造する方法であって、内筒をガラス管とし、外筒及び外キャップをポリカーボネート製とし、外筒と外キャップを超音波溶着する電線ヒューズの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2001-68010号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、熱伝導率が低い高融点金属製のリングが設けられており、該高融点金属製のリングと外筒内壁との間が絶縁性密封体で封止されたことを特徴としている。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電線ヒューズの一実施態様を示す断面図
【図２】同電線ヒューズの限流効果を示す模式図
【図３】同電線ヒューズにおける発生ガスの流れを示す概略図
【図４】同電線ヒューズに用いた高融点金属製のリングとシリコンリングなどの絶縁性密封体の他例を示す部分断面図
【図５】同電線ヒューズに用いた高融点金属製のリングとシリコンリングなどの絶縁性密封体のさらに他例を示す部分断面図
【図６】同電線ヒューズに用いた高融点金属製のリングとシリコンリングなどの絶縁性密封体のさらにまた他例を示す部分断面図
【図７】ヒューズエレメントの他例を示す正面図
【図８】ヒューズエレメントのさらに他例を示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【符号の説明】
【００２６】
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
【図１】
0005940837.tif 000002
【図２】
0005940837.tif 000003
【図３】
0005940837.tif 000004
【図４】
0005940837.tif 000005
【図５】
0005940837.tif 000006
【図６】
0005940837.tif 000007
【図７】
0005940837.tif 000008
【図８】
0005940837.tif 000009