(57)【要約】【課題】  繰り返し性を大幅に向上させるとともに、通電電流に制約のない限流素子およびそれを用いた限流器、限流遮断システムを提供することを目的とする。【解決手段】  導電性のコイル状の押しバネからなる限流抵抗５の両端に可動電極６と固定電極７とを接続し、可動鉄心８とコイル１０を設けた固定鉄心１１とからなる電磁操作機構１００と接圧バネ１５、１６により、通常の通電時には限流抵抗５のコイルターン間を接触状態にして接圧を制御し、可動電極６に過大電流が流れた時には、可動電極６と固定電極７の距離を広げ限流抵抗５のコイルターン間を未接触状態にして、低抵抗と高抵抗の電路を切り替えることにより、限流後も定常時の通電状態に戻り、繰り返し動作させることができる。また、電極と同種の金属材料で構成することにより、接触抵抗を低減し、定常時の通電電流量を増大できる。【選択図】        図１
2007288824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一電極と、第二電極と、当該両電極間を結ぶ導体とを備え、当該導体は導体内相互間で可動な部分を有し、前記第一及び第二電極と前記可動な部分を有する導体とで形成される電路の抵抗が前記導体の可動状態に応じて変化する限流素子。
【請求項２】
導体は、導電性コイルバネであり、当該コイルバネが伸張した状態で形成される電路の抵抗が、縮んだ状態になることにより、コイル中の隣接する一巻き相互間の接触により形成される電路の抵抗よりも、高抵抗となることを特徴とする請求項１に記載の限流素子。
【請求項３】
導体は、導電性蛇腹状板であり、当該蛇腹状板の蛇腹を広げた状態で形成される電路の抵抗が、蛇腹を畳んだ状態になることにより、隣接する蛇腹状板相互間の接触により形成される電路の抵抗よりも、高抵抗となることを特徴とする請求項１に記載の限流素子。
【請求項４】
導体は、導電性渦巻きバネであり、当該渦巻きバネの一巻き相互間の距離が拡大した状態で形成される電路の抵抗が、当該一巻き相互間の距離を縮小した状態になることにより、隣接する当該一巻き相互間の接触により形成される電路の抵抗よりも、高抵抗となることを特徴とする請求項１に記載の限流素子。
【請求項５】
導体の表面が、当該導体の電気抵抗よりも低い電気抵抗を有する材料で覆われていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の限流素子。
【請求項６】
相互間の接触は、当該接触部で、電気的に接触して導体に取り付けられた導体で構成された各接点部の相互間の電気的接触によるものであることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか一に記載の限流素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一に記載の限流素子と、第一電極と第二電極との間に設置し、両電極を介して、導体内の相互間で可動な部分の位置を変えることにより両電極間の電路を変える接圧制御手段とを備え、前記電極間に通常通電時に比して所定の過大電流が通電されたときに、前記接圧制御手段が動作し、この接圧制御手段の動作により、前記限流素子が、通常通電時よりも、高抵抗電路を形成することを特徴とする限流器。
【請求項８】
接圧制御手段は、固定鉄心と、この固定鉄心に設けられ、第一電極に電気的に接続されたコイルと、前記第一電極に連結され、前記コイルの磁束により前記第一電極とともに移動する可動鉄心と、前記固定鉄心と前記可動鉄心の間に挟まれた接圧バネとを備えた磁気回路とからなり、前記接圧制御手段の動作とは、前記電極間に所定の過大電流が通電されたとき、前記コイルに通電して、前記接圧バネの付勢に抗して、前記可動鉄心を移動させることであることを特徴とする請求項７に記載の限流器。
【請求項９】
接圧制御手段は、第一の電極に電気的に接続されたコイルと、このコイルを挟み、軸を介して前記第一電極に連結され、前記コイルの磁束を遮断することにより、前記第一電極とともに前記軸に沿って移動する反発板と、前記第一電極と前記コイルの間に挟まれた接圧バネとを備えた磁気回路とからなり、前記接圧制御手段の動作とは、前記電極間に所定の過大電流が通電されたとき、前記コイルに通電することにより前記接圧バネの付勢に抗して前記反発板を移動させることであることを特徴とする請求項７に記載の限流器。
【請求項１０】
磁気回路中に、過大電流を検知する電流検出判定部を備え、前記電流検出判定部からの過大電流を検知した旨の電気信号により、接圧制御手段が動作することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の限流器。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０のいずれか一に記載の限流器と、前記限流器の一つにそれぞれ直列接続した複数の遮断器とを備えた限流遮断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統での事故時に流れる短絡電流等の過大電流を限流する限流素子およびそれを用いた限流器、限流遮断システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の限流器は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有するＰＴＣ素子を用いたものが知られている。ＰＴＣ素子は電極に圧接され、電気的に接続して用いられる。この限流器に用いられるＰＴＣ素子の抵抗値は、通常の通電時には、低い値を示すが、短絡電流又は過電流等の過大電流が流れた時には、ジュール熱によりＰＴＣ素子の温度が上昇し、遷移開始温度を超えた辺りから急激に増加する。この抵抗増により、過大電流が抑制される。ＰＴＣ素子の温度が遷移開始温度より下がると、限流器への再通電が可能となる。
【０００３】
図３４は、従来のＰＴＣ素子を用いた限流器の電力系統への一適用例を示す回路図である。電源１には複数の負荷２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆが分岐して接続されており、負荷２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆとの間にはそれぞれ限流器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆと遮断器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆとが対応して接続されている。限流器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆの定格電流は遮断器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの定格電流とほぼ等しく設定される。例えば、一つの負荷２ｄが短絡した場合、その負荷２ｄに対応する限流器３ｄが動作して短絡電流を限流し、抑制された電流は続いてその負荷２ｄに対応する遮断器４ｄが動作して遮断する。
【０００４】
ＰＴＣ素子には、チタン酸バリウム等のセラミックス系材料や導電性粒子を含むポリエチレン等の有機ポリマー系材料（例えば、特許文献１）が適用されている。前者は、キュリー点における強誘電相から常誘電相への相変化を利用し、後者はポリエチレンの急激な熱膨張による体積変化を利用してＰＴＣ特性を発現する。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２６６００１号公報（０００５〜００３５段、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような限流器にあっては、ＰＴＣ特性の発現が、ＰＴＣ素子に用いられる材料の相変化や体積変化等の物性変化に伴うものであり、ＰＴＣ素子の抵抗値は、低抵抗状態から高抵抗状態へと変化を起こした後には、初期の値へ回復しないといった繰り返し性に問題があった。また、ＰＴＣ素子材料と電極材料との間の接触抵抗が大きく、通電電流を増加させることが困難であるといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、繰り返し性を大幅に向上させるとともに、通電電流に制約のない限流素子およびそれを用いた限流器、限流遮断システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る限流素子は、第一電極と、第二電極と、当該両電極間を結ぶ導体とを備え、導体には導体内相互間で可動な部分を有し、第一及び第二電極と可動な部分を有する導体とで形成される電路の抵抗が導体の可動状態に応じて変化することを特徴とするものである。
また、電極間を結ぶ導体が導電性コイルバネであり、コイルバネが伸張した状態で形成される電路の抵抗が、縮んだ状態になることにより、コイル中の隣接する一巻き相互間の接触により形成される電路の抵抗よりも、高抵抗となることを特徴とするものである。
また、電極間を結ぶ導体が導電性蛇腹状板であり、蛇腹状板の蛇腹を広げた状態で形成される電路の抵抗が、蛇腹を畳んだ状態になることにより、隣接する蛇腹状板相互間の接触により形成される電路の抵抗よりも、高抵抗となることを特徴とするものである。
また、電極間を結ぶ導体が導電性渦巻きバネであり、当該渦巻きバネの一巻き相互間の距離が拡大した状態で形成される電路の抵抗が、当該一巻き相互間の距離を縮小した状態になることにより、隣接する当該一巻き相互間の接触により形成される電路の抵抗よりも、高抵抗となることを特徴とするものである。
本発明に係る限流器は、上記いずれかの限流素子と、第一電極と第二電極との間に設置し、両電極を介して、導体内の相互間で可動な部分の位置を変えることにより両電極間の電路を変える接圧制御手段とを備え、電極間に通常通電時に比して所定の過大電流が通電されたときに、接圧制御手段が動作し、この接圧制御手段の動作により、限流素子が、通常通電時よりも、高抵抗電路を形成することを特徴とするものである。
本発明に係る限流遮断システムは、上記のいずれかの限流器と、限流器にそれぞれ直列に接続した複数の遮断器を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、抵抗体内部での低抵抗の電路と高抵抗の電路との切り替えを抵抗体の形状変化で行うことにより、限流後も繰り返し動作させることができる。また、電極と同種の材料を選択して構成することにより、電極材料との間の接触抵抗を低減でき、通電電流を増大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１における限流器２００の構成を示す模式図である。図１において、限流素子としての限流抵抗５はコイル状の押しバネであり、ピアノ線で形成したものを用いた。限流抵抗５の両端部は、それぞれ第一の電極である可動電極６と第二の電極である固定電極７に接続されている。可動電極６は可動鉄心８に連結され、固定電極７は電極枠９に固定されている。
【００１１】
可動鉄心８は、コイル１０を設けた固定鉄心１１とで電磁回路からなる電磁操作機構１００を形成している。固定鉄心１１は、電磁操作枠１２に設置され、電磁操作枠１２は、４本の冶具１３ａ、１４ａと図示しない冶具１３ｂ、１４ｂにより、電極枠９に固定されている。電磁操作機構１００は、電力系統の電流Ａが、コイル１０を経由した後、可動電極６、限流抵抗５、固定電極７の順で電流経路を流れるように電気的に接続されている。
【００１２】
可動鉄心８と固定鉄心１１の間には、押しバネである接圧バネ１５、１６が、固定鉄心１１に対して可動鉄心８に所定の距離を保つように付勢するとともに、連設する可動電極６に付勢することにより限流抵抗５を圧縮し、コイルターン間を接触状態に保つように設けられている。
【００１３】
次に、動作について説明する。図２及び図３は、限流器２００に用いる抵抗体としての限流抵抗５の側断面図であり、図２は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図３は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【００１４】
定常時には、限流抵抗５は図２のように、コイルターン間が接触状態にある。電流は、コイルの導線方向に沿って流れずに、図中矢印の方向に、コイルターン間の接触面を通して流れる。限流抵抗５は、電路がショートカットされ、接触面の増大により、コイルの導線方向に沿って流れた場合に比べて低抵抗の値に設定できる。
【００１５】
この場合、限流抵抗５を流れる電流量は、限流抵抗５の導体径、コイル径及び接圧バネ１５、１６のバネ力、更には可動鉄心８及び固定鉄心１１の断面積等の調整による電磁操作機構１００の吸引力により、コイルターン間の接触面積や接圧を変えることで制御される。
【００１６】
過大電流が流れる異常時には、電磁操作機構１００は、電磁力が増大し、接圧バネ１５、１６のバネ力に抗して可動鉄心８を吸引し動かす。可動鉄心８に連動して、可動電極６が移動し、固定電極７と可動電極６の間が広げられると同時に限流抵抗５が引き伸ばされて、図３に示すように、コイルターン間が非接触状態になる。
【００１７】
例えば、限流抵抗５のバネ力を２０Ｎ、接圧バネ１５、１６のバネ力を１２０Ｎに設けると、限流抵抗５のバネ力に抗して接圧バネ１５、１６のバネ力により、限流抵抗５は、圧縮されてコイルターン間は接触状態となる。電磁操作機構１００は、定常時の１００Ａの通電電流に対して、可動鉄心８を吸引する電磁力が３０Ｎになるように設定し、限流動作が要求される電流１ｋＡでは、電磁力が２００Ｎになるように設定できる。
【００１８】
このような構成によれば、定常時には、限流抵抗５のバネ力と電磁操作機構１００の電磁力を合わせても接圧バネ１５、１６のばね力の方が大きいため、可動鉄心８は移動せず、限流抵抗５はコイルターン間が接触状態を保つ。しかし、１ｋＡを超えるような過大電流が流れる異常時には、電磁操作機構１００の電磁力が大きくなり、接圧バネ１５、１６のバネ力に抗して可動鉄心８が吸引され、同時に可動電極６も移動して限流抵抗５のコイルターン間は未接触状態となる。
【００１９】
限流抵抗５のコイルターン間が未接触状態となると、電流は、図中矢印の方向のコイルの導線に従って流れるようになり、限流抵抗５は、コイルターン間の接触面を通して流れた場合に比べて高抵抗の値を設定できる。この抵抗値の急激な増加により、電流は限流される。
【００２０】
この場合、限流抵抗５を流れる電流量は、限流抵抗５の導体径と導体の長さで制御される。また、限流抵抗５にかかる電圧量は、限流抵抗５のコイルターン間の分担電圧が、アークの電極降下電圧以下となるようにコイル巻き数を選択することが望ましい。金属系の限流抵抗を用いる場合は、この分担電圧が、１５Ｖ〜３０Ｖ程度であれば、限流動作時にアークは発生しない。
【００２１】
以上のように、本実施の形態１では、コイル状の押しバネを限流抵抗５に用い、コイルターン間の接触状態の変化により、抵抗体内部での低抵抗の電路と高抵抗の電路とを切り替えるようにしたので、限流後も定常時の通電状態に戻り、繰り返し動作させることができる。また、アークを発生させずに限流できるようにしたので、限流後の温度上昇が押さえられ、短時間で再通電できる。また、限流抵抗を構成する材料が導電性であれば制約されないので、定常時の通電電流量を増大できる。更に、電極と同種の金属材料で構成することができるので、電極材料との間の接触抵抗の低減により、通電電流量を増大できる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１の限流器においては、コイル状の押しバネを限流抵抗に用いたが、実施の形態２では、コイル状の引きバネを限流抵抗に用いた場合について示す。
【００２３】
図４は、本実施の形態２における限流器２０１の構成を示す模式図である。図４において、限流抵抗１７はコイル状の引きバネであり、ピアノ線で形成したものを用いた。限流抵抗１７の両端部は、それぞれ可動電極６と固定電極７に接続されている。限流抵抗１７のコイルターン間は、単独時に接触状態にあるだけでなく、定常時においても所定の電流量を流すことができる程度の接圧で接触状態を保つように設けられている。
【００２４】
この構成においては、可動鉄心８と固定鉄心１１の間は、限流抵抗１７により可動電極６とともに連設する可動鉄心８を固定鉄心１１から所定の距離を保つように付勢することになり、実施の形態１で設けた接圧バネ１５、１６は不要となる。
【００２５】
その他の構成に関しては、実施の形態１と同様であり、相当部分には図１と同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
次に、動作について説明する。定常時には、限流抵抗１７は、図２の実施の形態１における限流抵抗５と同様に、コイルターン間が接触状態にある。電流は、コイルの導線方向に沿って流れずに、図中矢印の方向に、コイルターン間の接触面を通して流れる。限流抵抗１７は、電路がショートカットされ、接触面の増大により、コイルの導線方向に沿って流れた場合に比べて低抵抗の値に設定できる。
【００２７】
この場合、限流抵抗１７を流れる電流量は、限流抵抗１７の導体径、コイル径及びバネ力、更には可動鉄心８及び固定鉄心１１の断面積等の調整による電磁操作機構１００の吸引力により、コイルターン間の接触面積や接圧を変えることで制御される。
【００２８】
過大電流が流れる異常時には、電磁操作機構１００は、電磁力が増大し、限流抵抗１７のバネ力に抗して可動鉄心８を吸引し動かす。可動鉄心８に連動して、可動電極６が移動し、固定電極７と可動電極６の間が広げられると同時に限流抵抗１７が引き伸ばされて、図３の実施の形態１における限流抵抗５と同様に、コイルターン間が非接触状態になる。
【００２９】
例えば、限流抵抗１７に、コイルターン間が接触状態で、バネ力１００Ｎの引きバネを用いる。電磁操作機構１００は、定常時の１００Ａの通電電流に対して、可動鉄心８を吸引する電磁力を３０Ｎになるように設定し、限流動作が要求される電流１ｋＡでは、電磁力が２００Ｎになるように設定できる。
【００３０】
このような構成によれば、定常時には、限流抵抗１７のバネ力が電磁操作機構１００の電磁力よりも大きいため、可動鉄心８は移動せず、限流抵抗１７はコイルターン間が接触状態を保つ。しかし、１ｋＡを超えるような過大電流が流れる異常時には、電磁操作機構１００の電磁力が大きくなり、限流抵抗１７のバネ力に抗して可動鉄心８が吸引され、同時に可動電極６も移動して限流抵抗１７のコイルターン間は未接触状態となる。
【００３１】
限流抵抗１７のコイルターン間が未接触状態となると、電流は、図中矢印の方向のコイルの導線に沿って流れるようになり、限流抵抗１７は、コイルターン間の接触面を通して流れた場合に比べて高抵抗の値を設定できる。この抵抗値の急激な増加により、電流は限流される。
【００３２】
この場合、限流抵抗１７を流れる電流量は、限流抵抗１７の導体径と導体の長さで制御される。また、限流抵抗１７にかかる電圧量は、限流抵抗１７のコイルターン間の分担電圧が、アークの電極降下電圧以下となるようにコイル巻き数を選択することが望ましい。金属系の限流抵抗を用いる場合は、この分担電圧が、１５Ｖ〜３０Ｖ程度であれば、限流動作時にアークは発生しない。
【００３３】
以上のように、本実施の形態２では、コイル状の引きバネを限流抵抗１７に用い、コイルターン間の接触状態の変化により、抵抗体内部での低抵抗の電路と高抵抗の電路との切り替えるようにしたので、限流後も定常時の通電状態に戻り、繰り返し動作させることができる。また、アークを発生させずに限流できるようにしたので、限流後の温度上昇が押さえられ、短時間で再通電できる。また、限流抵抗を構成する材料が導電性であれば制約されないので、定常時の通電電流量を増大できる。更に、電極と同種の金属材料で構成することができるので、電極材料との間の接触抵抗の低減により、通電電流量を増大できる。
【００３４】
なお、本実施の形態１及び実施の形態２では、丸線のコイルバネで構成した限流抵抗５、１７を用いたが、図５に示す限流抵抗１８ように、コイルターン間の接触面が平面となる角線のコイルバネで構成した限流抵抗を用いてもよい。この場合、接触面積が増加し、定常時の通電量も増大できる。
【００３５】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２の限流器においては、コイル状のバネを限流抵抗に用いたが、実施の形態３では、蛇腹状の板バネを限流抵抗に用いた場合について示す。
【００３６】
図６及び図７は、本実施の形態３における限流抵抗１９の構成を示す模式図である。図６は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図７は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。限流抵抗１９は蛇腹状の板バネであり、押しバネのものを用いた。限流抵抗１９の両端部は、それぞれ可動電極６と固定電極７に接続されている。
【００３７】
定常時には、限流抵抗１９は図６のように、蛇腹状の板が重なり合い接触状態にある。電流は、板の面方向に沿って流れずに、図中矢印の方向に、折り重なり合う板間の接触面を通して流れる。限流抵抗１９は、電路がショートカットされ、接触面の増大により、板の面方向に沿って流れた場合に比べて低抵抗の値に設定できる。
【００３８】
過大電流が流れる異常時には、図７に示すように、限流抵抗１９の折り重なり合う板間が非接触状態になる。電流は、図中矢印の方向の板の面方向に沿って流れるようになり、限流抵抗１９は、折り重なり合う板間の接触面を通して流れた場合に比べて高抵抗の値を設定できる。この抵抗値の急激な増加により、電流は限流される。
【００３９】
この場合、限流抵抗１９にかかる電圧量は、限流抵抗１９の折り返し間の分担電圧が、アークの電極降下電圧以下となるように折り返し数を選択することが望ましい。金属系の限流抵抗を用いる場合は、この分担電圧が、１５Ｖ〜３０Ｖ程度であれば、限流動作時にアークは発生しない。
【００４０】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００４１】
以上のように、本実施の形態３では、蛇腹状の押しバネを限流抵抗１９に用い、折り重なり合う板間の接触状態の変化により、抵抗体内部での低抵抗の電路と高抵抗の電路との切り替えるようにしたので、限流後も定常時の通電状態に戻り、繰り返し動作させることができる。また、アークを発生させずに限流できるようにしたので、限流後の温度上昇が押さえられ、短時間で再通電できる。また、限流抵抗を構成する材料が導電性であれば制約されないので、定常時の通電電流量を増大できる。更に、電極と同種の金属材料で構成することができるので、電極材料との間の接触抵抗の低減により、通電電流量を増大できる。
【００４２】
なお、本実施の形態３では、押しバネを用いたが、これに限るものではなく、引きバネを用いてもよい。この場合は、限流抵抗以外は実施の形態２の構成及び動作と同様となる。
【００４３】
また、本実施の形態３では、バネ性の蛇腹状の板を用いたが、これに限るものではない。折り曲げ部の開き角が一定の鋭角で開くように制約したものであればバネ性を有さなくてもよい。この場合は、限流抵抗以外は実施の形態１の構成及び動作と同様となる。
【００４４】
実施の形態４．
実施の形態３の限流器においては、蛇腹状の板バネを限流抵抗に用いたが、実施の形態４では、渦巻きバネとしてのゼンマイバネを限流抵抗に用いた場合について示す。
【００４５】
図８及び図９は、本実施の形態４における限流抵抗２０の構成を示す模式図である。図８は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図９は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。限流抵抗２０は、ゼンマイバネ２０ａと、ゼンマイバネ２０ａの所定の位置に設けられた５個の接点２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆとで形成される。ゼンマイバネ２０ａの両端部は、図１０及び図１１に示すように、それぞれ可動電極６と固定電極２１に接続されている。
【００４６】
定常時には、限流抵抗２０は図８のように、接点が重なり合い接触状態にある。電流は、ゼンマイバネ２０ａのバネに沿って流れずに、図中矢印の方向に、重なり合う接点間の接触面を通して流れる。限流抵抗２０は、電路がショートカットされ、接触面の増大により、ゼンマイバネ２０ａのバネに沿って流れた場合に比べて低抵抗の値に設定できる。
【００４７】
過大電流が流れる異常時には、図９に示すように、限流抵抗２０の重なり合う接点間が非接触状態になる。電流は、図中矢印の方向のゼンマイバネ２０ａに沿って流れるようになり、限流抵抗２０は、重なり合う接点間の接触面を通して流れた場合に比べて高抵抗の値を設定できる。この抵抗値の急激な増加により、電流は限流される。この場合、限流抵抗２０にかかる電圧量により、ゼンマイバネ２０ａの巻数と接点を増やして、分担電圧が、アークの電極降下電圧以下となるように調整することが望ましい。
【００４８】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態４では、ゼンマイバネを限流抵抗２０に用い、重なり合う接点間の接触状態の変化により、抵抗体内部での低抵抗の電路と高抵抗の電路との切り替えるようにしたので、限流後も定常時の通電状態に戻り、繰り返し動作させることができる。また、アークを発生させずに限流できるようにしたので、限流後の温度上昇が押さえられ、短時間で再通電できる。また、限流抵抗を構成する材料が導電性であれば制約されないので、定常時の通電電流量を増大できる。更に、電極と同種の金属材料で構成することができるので、電極材料との間の接触抵抗の低減により、通電電流量を増大できる。
【００５０】
また、接点２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを設けたことにより、接点部のみを低抵抗材料で形成することで、更に定常時の通電電流量を増大できる上に、限流動作時には巻バネ２０ａのみ温度が上昇するだけで、接点２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆはほとんど温度が上昇しないので、限流動作後には更に短時間で再通電することができる。
【００５１】
なお、本実施の形態４では、ゼンマイバネに接点を設けたが、これに限るものではなく、コイルバネ、板バネの所定の位置に接点５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊを設けてもよい。図１２は、コイルバネの限流抵抗５に接点５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊを、図１３は、板バネの限流抵抗１９に接点１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅを設けた模式図を示す。これらの場合も、接点部のみを低抵抗材料で形成することで、更に定常時の通電電流量を増大できる上に、限流動作時には、接点はほとんど温度が上昇しないので、限流動作後には更に短時間で再通電することができる。
【００５２】
参考例
実施の形態１乃至実施の形態４の限流器においては、一つの抵抗体の形状変化により低抵抗の電路と高抵抗の電路との切り替えるものであるが、本参考例では、低抵抗の電路をもつ抵抗体と高抵抗の電路もつ抵抗体を別に設けて切り替える場合について示す。
【００５３】
図１４及び図１５は、本参考例における限流抵抗３００の構成を示す模式図である。図１４は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図１５は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。限流抵抗３００は、コの字型の接点２２ａと導電性のコイル状の押しバネ２３ａを単位として、５個ずつを直列に並べて設けたものである。限流抵抗３００の両端部は、それぞれ可動電極６と固定電極７に接続されている。
【００５４】
この場合、限流抵抗３００の接点間の分担電圧が、アークの電極降下電圧以下となるように接点数を選択することが望ましい。金属系の限流抵抗を用いる場合は、この分担電圧が、１５Ｖ〜３０Ｖ程度であれば、限流動作時にアークは発生しない。
【００５５】
定常時には、限流抵抗３００は図１４のように、５個の接点２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅが重なり合い接触状態にある。電流は、低抵抗で設けられた接点を電路とし、接点間の接触面を通して流れる。
【００５６】
過大電流が流れる異常時には、図１５に示すように、限流抵抗３００の直列に並ぶ５個の接点２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの各接点間が一定の間隔で離れ、非接触状態になる。電流は、高抵抗で設けられた５個の押しバネ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅを電路として流れる。この抵抗値の急激な増加により、電流は限流される。
【００５７】
その他の構成及び動作に関しては、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。
【００５８】
以上のように、本参考例では、コの字型の接点２２ａと導電性のコイル状の押しバネ２３ａを単位として、直列に並べて設けたものを限流抵抗３００に用い、重なり合う接点間の接触状態の変化により、抵抗体内部での低抵抗の電路と高抵抗の電路との切り替えるようにしたので、限流後も定常時の通電状態に戻り、繰り返し動作させることができる。また、アークを発生させずに限流できるようにしたので、限流後の温度上昇が押さえられ、短時間で再通電できる。また、限流抵抗を構成する材料が導電性であれば制約されないので、定常時の通電電流量を増大できる。更に、電極と同種の金属材料で構成することができるので、電極材料との間の接触抵抗の低減により、通電電流量を増大できる。
【００５９】
また、低抵抗と高抵抗の部材をそれぞれ選択することができるので、限流抵抗としての設計の自由度が増す。
【００６０】
なお、本参考例では、高抵抗の電路を押しバネ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅで兼ねたが、これに限るものではない。各接点間に高抵抗の外部抵抗を設けてもよい。図１６及び図１７は、限流抵抗３０１において接点２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅの各接点間に、それぞれ高抵抗の外部抵抗２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅを設けたものである。
【００６１】
図１６は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図１７は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。この場合、押しバネ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅには絶縁材料を用いるが、外部抵抗２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅはバネ性を考慮する必要なく、材料を選択できる。例えば、限流時の温度上昇を高温まで許容することのできる耐熱性を有する材料とすることができ、限流抵抗の設計の自由度を増すだけでなく、小型化を図ることもできる。
【００６２】
高抵抗の外部抵抗２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅは、各接点間に設けたが、これに限るものではない。一括して可動電極６と固定電極７との間に設けてもよい、図１８及び図１９は、限流抵抗３０２において可動電極６と固定電極７との間に、高抵抗の外部抵抗２６を設けたものである。図１８は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図１９は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。この場合、外部抵抗の数を低減することで、コストの低減と組み立て性の向上を図ることができる。
【００６３】
また、本参考例では、一個の接点に対して押しバネを一個のみ設けたが、これに限るものではない。図２０及び図２１は、限流抵抗３０３において各接点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ及び可動電極２８、固定電極２９との間に二個ずつの押しバネ３０ａと３１ａ、３０ｂと３１ｂ、３０ｃと３１ｃ、３０ｄと３１ｄを設けたものである。図２０は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図２１は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。この場合、低抵抗と高抵抗の電路の切り替えにおいて安定性の向上を図ることができる。
【００６４】
また、本参考例では、押しバネ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅとしてコイルバネを用いたが、これに限るものではない。例えば、皿バネ、ドーナツ状バネ、又は波板状バネ等を用いてもよい。
【００６５】
図２２及び図２３は、限流抵抗３０４において皿バネである押しバネ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅを用いたものである。図２２は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図２３は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【００６６】
図２４及び図２５は、限流抵抗３０５においてドーナツ状バネである押しバネ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅを用いたものである。図２４は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図２５は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【００６７】
図２６及び図２７は、限流抵抗３０６において波板状バネである押しバネ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅを用いたものである。図２６は通常の電流が流れる定常時の通電状態を示し、図２７は過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【００６８】
実施の形態５．
実施の形態１乃至実施の形態４においては、本発明の限流器について示したが、実施の形態５では、本発明の限流器を用いた限流遮断システムについて示す。
【００６９】
図２８は、本発明の限流抵抗を用いた限流器の電力系統への一適用例を示す回路図である。電源１には６個の負荷２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆが分岐して接続されており、負荷２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆとの間にはそれぞれ遮断器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆが対応して接続されている。限流器は、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃに対して限流器２０３ａが分岐して接続され、遮断器４ｄ、４ｅ、４ｆに対しては限流器２０３ｂが分岐して接続される。
【００７０】
限流器２０３ａ、２０３ｂの定格電流は、それぞれ遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの定格電流の合計、遮断器４ｄ、４ｅ、４ｆの定格電流の合計とほぼ等しく設けられている。
【００７１】
次に、動作について説明する。定常時には、限流器２０３ａ、２０３ｂは、低抵抗の電路により、それぞれ負荷２ａ、２ｂ、２ｃの使用電流の合計、負荷２ｄ、２ｅ、２ｆの使用電流の合計を流す通電状態にある。
【００７２】
例えば、負荷２ｅが事故で短絡し、短絡電流が流れた場合、まず限流器２０３ｂが動作し、高抵抗の電路に切り替わり限流する。負荷２ｅの抑制された短絡電流は、続いて遮断器４ｅが動作して、遮断される。負荷２ｅの短絡電流が遮断されると、限流器２０３ｂは再び低抵抗の電路に切り替わり、限流されていた負荷２ｄ、２ｆの電流は、事故後数十ミリ秒から数秒後には通常の電流量に戻る。
【００７３】
以上のように、本実施の形態５では、本発明の限流器を使用することにより、定常時の通電電流の増大と限流動作後の繰り返し性の向上を図ったので、一つの限流器で複数の負荷と遮断器に対応するように設けることができ、限流器数の低減により限流遮断システムの簡素化を図ることができる。また、アークを発生させずに限流できるようにしたので、限流後の温度上昇が押さえられ、短時間で再通電することができ、負荷の一つが事故等で限流動作した場合であっても、他の正常な負荷に対してあまり負担を掛けずに再通電することができる。
【００７４】
また、限流抵抗の接触部分に接点を設け、接点部のみを低抵抗材料で形成することで、更に定常時の通電電流量を増大できる上に、限流動作時には接点がほとんど温度上昇しないので、限流動作後には更に短時間で再通電することができる。また、限流器を交換する回数が低減できるので、コストの低減とメンテナンス性の向上を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施の形態５では、一つの限流器に３個の負荷を接続したが、これに限るものではない。負荷の使用電流の合計が、限流器の定格電流以内であれば、負荷の数に制限はない。
【００７６】
以上の実施の形態及び参考例においては、限流抵抗の電路の切り替えに実施の形態１で用いた電磁操作機構１００を使用し、電力系統に流れる電流をコイル１０に直接流したが、図２９に示すように、可動電極６への接続側に電流検出判定部３８を設け、この電流検出判定部３８からの動作指令に基づいて電源３９からコイル１０に電流を供給する電磁操作機構１０１を使用してもよい。この構成によると、電流検出判定部３８の設定変更により、限流動作を開始する電流値を可変とできる。例えば、モーター等の起動時に事故ではないが比較的大きな電流が流れる際には限流動作を不動作とすることもできる。
【００７７】
また、実施の形態及び参考例においては、限流抵抗の電路の切り替えに実施の形態１で用いた電磁操作機構１００を使用し、電磁力を吸引力として利用したが、図３０に示すように、電磁力を反発力として用いる電磁操作機構１０２を使用してもよい。図３０では、アルミニウムや銅等から成る反発板４０が、軸４１を介し、電磁操作枠の中央部に開けられた穴４２を通して、コイル１０を挟むように接続されている。反発板４０には、コイル１０で発生する磁束を遮断するため渦電流が流れ、コイル１０から反発する方向に電磁力が働く。
【００７８】
例えば、限流抵抗５のバネ力を２０Ｎ、接圧バネ１５、１６のバネ力を１２０Ｎに設けると、限流抵抗５のバネ力に抗して接圧バネ１５、１６のバネ力により、限流抵抗５は、圧縮されてコイルターン間は接触状態となる。電磁操作機構１０１は、定常時の１００Ａの通電電流に対して、反発板４０を反発する電磁力が３０Ｎになるように設定し、限流動作が要求される電流１ｋＡでは、電磁力が２００Ｎになるように設定できる。
【００７９】
この構成によると、コイル１０と反発板４０の距離が短いほど大きな反発力を得ることができるので、動作開始直後の駆動速度を増大できる。反発板４０は、コイル１０と逆向きに巻線したコイルとしてもよい。
【００８０】
また、実施の形態及び参考例においては、限流抵抗の電路の切り替えに電磁操作機構１００を用いたが、図３１で示すように、回転軸４３を中心に回動する接圧バネ押え４４とラッチ４５で動作する機械的な機構で構成してもよい。
【００８１】
定常時は、回転軸４３とラッチ４５で固定された接圧バネ押え４４により、接圧バネ４６が圧縮されて、接圧バネ４６可動電極６に付勢することにより限流抵抗５のコイルターン間を接触状態に保つように設けられる。過大電流が流れると、ラッチ４５が図中矢印Ｘの方向に水平移動してはずれ、接圧バネ押え４４は回転軸４３を中心に図中矢印Ｙの方向に回転して接圧バネ４６の付勢力が弱まる。接圧バネ４６の付勢力に対して、限流抵抗５の付勢力の方が大きくなり、限流抵抗５のコイルターン間は非接触となり、限流する。
【００８２】
また、実施の形態及び参考例においては、限流抵抗を１個のみ用いたが、複数個を並列乃至直列に接続してもよい。図３２及び図３３は、限流抵抗を２個並列に接続し、その２個並列接続したものを３層配置した限流器２０６の模式図である。図３２は、正面図であり、図３３は側面図である。このように並列に接続した構成により、容易に電流量を増加させることができる。一方、直列に接続した構成では、電圧量を増加できることは言うまでもない。このように複数の限流抵抗を用いると限流抵抗の配置の自由度が増し、限流器の設置面積を小さくできる。
【００８３】
また、実施の形態及び参考例においては、限流抵抗にはバネ材としてピアノ線材を主に用いたが、これに限るものではなく、導電性を有する通常のバネ材であればよい。なお、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、又はチタン等の耐熱性のバネ材を用いれば、異常電圧等で限流抵抗にアークが発生した場合でも、限流抵抗の接触面の変形を防ぐことができ、繰り返し特性において更に信頼性の向上を図ることができる。
【００８４】
また、実施の形態及び参考例においては、限流抵抗の低抵抗の電路となる接触面の抵抗を、接触面積や接圧を増大させることにより、低減させたが、限流抵抗の表面を低抵抗材のメッキ等で被覆すれば更に低減させることができる。低抵抗材としては、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ等がある。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明に係る限流器の実施の形態１の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る限流器の実施の形態１における限流抵抗の側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図３】本発明に係る限流器の実施の形態１における限流抵抗の側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図４】本発明に係る限流器の実施の形態２の構成を示す模式図である。
【図５】本発明に係る限流器の実施の形態１及び実施の形態２における限流抵抗の他の構成を示す側断面図である。
【図６】本発明に係る限流器の実施の形態３における限流抵抗の側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図７】本発明に係る限流器の実施の形態３における限流抵抗の側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図８】本発明に係る限流器の実施の形態４における限流抵抗の側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図９】本発明に係る限流器の実施の形態４における限流抵抗の側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図１０】本発明に係る限流器の実施の形態４の構成を示す模式図であり、正面図を示す。
【図１１】本発明に係る限流器の実施の形態４の構成を示す模式図であり、側面図を示す。
【図１２】本発明に係る限流器の実施の形態１における限流抵抗の他の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明に係る限流器の実施の形態３における限流抵抗の他の構成を示す側断面図である。
【図１４】限流器の参考例における限流抵抗の側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図１５】限流器の参考例における限流抵抗の側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図１６】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図１７】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図１８】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図１９】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図２０】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図２１】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図２２】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図２３】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図２４】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図２５】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図２６】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、通常の電流が流れる定常時の通電状態を示す。
【図２７】限流器の参考例における限流抵抗の他の構成を示す側断面図であり、過大電流が流れた限流直後の通電状態を示す。
【図２８】本発明に係る限流器を使用する限流遮断システムの実施の形態５の構成を示す回路図である。
【図２９】本発明に係る限流器の実施の形態１の他の構成を示す模式図である。
【図３０】本発明に係る限流器の実施の形態１の他の構成を示す模式図である。
【図３１】本発明に係る限流器の実施の形態１の他の構成を示す模式図である。
【図３２】本発明に係る限流器の実施の形態１の他の構成を示す模式図であり、正面図を示す。
【図３３】本発明に係る限流器の実施の形態１の他の構成を示す模式図であり、側面図を示す。
【図３４】従来の限流器を使用する限流遮断システムの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８６】
５、１７、１８、１９、２０、４７ａ、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ  限流抵抗
６、６ａ、６ｂ、６ｃ  可動電極
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、２１  固定電極
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  可動鉄心
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  コイル
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  固定鉄心
１５、１５ａ、１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ  接圧バネ
２０ａ  ゼンマイバネ
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ、２０ｇ  接点
３８  電流検出判定部
４０  反発板
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１０１、１０２  電磁操作機構
２００、２０１、２０２、２０３ａ、２０３ｂ、２０４、２０５、２０６  限流器
【図１】
2007288824.tif 000003
【図２】
2007288824.tif 000004
【図３】
2007288824.tif 000005
【図４】
2007288824.tif 000006
【図５】
2007288824.tif 000007
【図６】
2007288824.tif 000008
【図７】
2007288824.tif 000009
【図８】
2007288824.tif 000010
【図９】
2007288824.tif 000011
【図１０】
2007288824.tif 000012
【図１１】
2007288824.tif 000013
【図１２】
2007288824.tif 000014
【図１３】
2007288824.tif 000015
【図１４】
2007288824.tif 000016
【図１５】
2007288824.tif 000017
【図１６】
2007288824.tif 000018
【図１７】
2007288824.tif 000019
【図１８】
2007288824.tif 000020
【図１９】
2007288824.tif 000021
【図２０】
2007288824.tif 000022
【図２１】
2007288824.tif 000023
【図２２】
2007288824.tif 000024
【図２３】
2007288824.tif 000025
【図２４】
2007288824.tif 000026
【図２５】
2007288824.tif 000027
【図２６】
2007288824.tif 000028
【図２７】
2007288824.tif 000029
【図２８】
2007288824.tif 000030
【図２９】
2007288824.tif 000031
【図３０】
2007288824.tif 000032
【図３１】
2007288824.tif 000033
【図３２】
2007288824.tif 000034
【図３３】
2007288824.tif 000035
【図３４】
2007288824.tif 000036