(57)【要約】【課題】定格電流内での温度上昇を抑制すると共に限流性能を維持して溶断時の遮断電流を小さくすること。【解決手段】内筒１の外周に線状又は帯状の可溶体３を巻回し、当該内筒１と可溶体３の一体物を絶縁物の円筒体６に収納し、内筒１外壁と円筒体６内壁との間に消弧砂７を充填し、円筒体６の両端開口部を端子５にて封じる。可溶体３は、高融点金属材料からなる丸線１０又は帯状線２０の外周面に低融点金属材料からなる金属被覆材１１、２１を被覆した構造を有する。高融点金属材料としてタングステン又はモリブデンを用い、低融点金属材料として、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物からなる内筒と前記内筒に巻回された可溶体とを有し、過電流により前記可溶体が溶断するヒューズにおいて、
前記可溶体は、温度上昇により電気抵抗が増加する高融点金属材料を前記高融点金属材料に比べて電気抵抗が小さい低融点金属材料で被覆した構造を有することを特徴とするヒューズ。
【請求項２】
前記可溶体が巻回された前記内筒を絶縁物からなるハウジングに収納し、前記内筒と前記ハウジングの内壁との間の隙間に消弧体を充填し、前記消弧体は水ガラスを浸透させて前記隙間に固着化した消弧砂からなることを特徴とする請求項１記載のヒューズ。
【請求項３】
前記可溶体は、タングステン又はモリブデンからなる高融点金属材料の丸線又は帯状体の表面に、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金からなる低融点金属材料を被覆してなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用の高圧回路に適用可能なヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の３〜２２ｋＶの高圧回路に適用される高圧ヒューズの構成例を示す断面図である。磁器性の断面星形の内筒１の両端部に金属性の止め輪２が巻き付け固定されている。内筒１の外周面に線又は帯状の可溶体３がラップしない様に間隔を明けて巻回されていて、可溶体３の両端部が止め輪２にスポット溶接されている。止め輪２には接続片４の一端がつながっており、その他端は、金属性の端子５にスポット溶接されている。可溶体３が巻回された内筒１は磁器性の円筒体６の内部に隙間を保った状態で収納されていて、その隙間に消弧砂７が充填されている。
【０００３】
図５は、図４のＸ−Ｘ断面図である。内筒１外周の軸方向に複数の突条１aが形成されている。複数の突条１aの存在によって、装置の電流遮断容量および通電性能を向上させている。可溶体３は突条１aの先端で直線状に引っ張られた状態で内筒１の外周に巻回されている。周方向に隣接する突条１ａ間に形成された凹み部にも消弧砂７が充填されている。これにより可溶体３の両面に消弧砂７が接する様にすることができる。電流は端子５から接続片４と止め輪２を介して可溶体３に流れるが、過電流が流れると可溶体３が溶断し、電流が遮断される。消弧砂７は可溶体３が溶断する時に生じる電流アークを消弧させる役目を担う。消弧砂７には一般に珪砂が使用される。
【０００４】
高圧ヒューズが可溶体３の定格電流を超える印加電流を受けると、この過度の電流は、可溶体３が溶融温度に達するに十分な抵抗加熱を生じさせる。可溶体３の溶融または気化はその長さに沿って生じ、その際に電気アークが可溶体３の溶融領域の各々で発孤する。発孤が生じると、可溶体３または金属蒸気は、消弧砂７の砂間中に入り、この中で消弧砂７への伝熱現象を介して凝縮し、その結果、消弧砂内に機械的に分散し、導通が得られなくなる。またアークで生じる熱やイオン化されるガスも消弧砂７の砂間中で冷却されることから、ヒューズ内での導通が完全に遮断される。
【０００５】
以上のような高圧ヒューズの可溶体材料として、アルミニウム、銅、スズ、亜鉛、カドミニウムまたは、これらの合金が用いられるが、特に銀が好ましい材料である。また限流性能の優れたモリブデンやタングステン等の高融点金属材料も用いられる。この高融点金属材料は、温度上昇による抵抗増加が大きいため、過電流が可溶体に流れると温度上昇により、抵抗値が上昇し、可溶体の溶融前での電流量が低下し、溶断時の遮断電流を小さくすることができる。このため、短絡での過大電流や電力供給側および負荷側でのリアクトル分から発生する遮断に伴う跳ね返り電圧を低く抑えることが可能となる。
【０００６】
可溶体に使用される金属材料の一つである銅や銀は電気導電性が良好であるため限流効果が小さい。そこで可溶体の形状を工夫したり銅および銀を用いた合金が使われるが、これらの材料においても比較的電気導電性が良いため、定格電流量でのヒューズの自己発熱は小さい。一方、高融点金属材料であるタングステンやモリブデンを可溶体としたヒューズでは、常温および温度上昇による抵抗の増大が大きいため、定格電流量内であってもヒューズから発熱し、温度の上昇が著しくヒューズ表面の温度が２００℃以上に達するものもある。
【０００７】
また、主可溶体に可溶素子を付加し、この可溶素子を過電流領域において溶断後、主可溶体を溶断かつ限流し遮断特性を向上するものがある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【特許文献１】特公昭６０−３５４３９号公報
【特許文献２】特公平７−７６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、可溶体に高融点金属材料であるタングステンやモリブデンを用いた高圧ヒューズは、定格電流量内であっても可溶体の抵抗が高いため、発熱が生じ、それらは消弧砂の温度上昇よる遮断特性の低下や電流変化による負荷側での電圧変動を招く恐れがあった。ヒューズ外周部での温度上昇はヒューズ収納装置内の温度上昇を招くので、装置内機器の耐熱性維持が必要となるばかりか、多数本の高圧ヒューズを用いた場合には装置冷却性能の低下を招いた。また高圧ヒューズの使われる雰囲気、例えばオゾナイザーの様な発生機においては、この温度上昇により、生成したガス成分が分解し、生成効率の低下も生じるといった問題があった。
【０００９】
一方、タングステンやモリブデンを用いた高圧ヒューズは、通電時と非通電時での温度変化が大きいことから、円筒体６に接続される端子５との接合部において、これらの熱膨張係数差と温度差から気密および接合が維持できないことがあった。
【００１０】
また、特許文献１又は特許文献２に記載のように、可溶素子を過電流領域において溶断後、主可溶体を溶断して遮断特性を向上させたものは、可溶体の構造が複雑で施工し難いといった問題があった。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、定格電流内での温度上昇を抑制できると共に限流性能を維持して溶断時の遮断電流を小さくすることができ、周辺装置への温度上昇の影響を無くし、信頼性を向上させることのできるヒューズ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】
【００１２】
本発明のヒューズは、絶縁物からなる内筒と前記内筒に巻回された可溶体とを有し、過電流により前記可溶体が溶断するヒューズにおいて、前記可溶体は、温度上昇により電気抵抗が増加する高融点金属材料を前記高融点金属材料に比べて電気抵抗が小さい低融点金属材料で被覆した構造を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ヒューズに流れる電流が定格電流範囲では、可溶体の表面層に配置される低融点金属材料からなる電気伝導性の高い層に流れる電流が支配的となる。従って、高融点金属材料を単独で可溶体として用いた高圧ヒューズに比較し、定格電流範囲での温度上昇は低く抑えられる。一方、過電流が生じると、可溶体に流れる電流により、温度が上昇するが、その温度が高融点金属材料の表面に被覆された低融点金属材料の融点以上に達すると、この被覆された低融点金属材料が溶けて蒸気化し、高融点金属材料表面から脱離する。その結果、高融点金属材料の線または帯状となり、可溶体の電流の流れる断面積が小さくなるとともに、低電気抵抗である低融点金属材料が無くなるため、電流が抵抗の高い高融点金属材料に集中し流れることとなる。電流が高融点金属材料に集中することにより、可溶体に流れる電流の増加と可溶体の断面積低下が同時期に起きることから、瞬時に温度上昇と温度上昇に伴う抵抗増加が起きて電流が低減されると共に、更に電流が流れることにより、高融点金属材料が溶断して電流が遮断される。従って、高融点金属材料の表面に低電気抵抗の低融点金属材料を被覆することにより、定格電流容量内でのヒューズの温度上昇を低減し、過電流領域での電流は瞬時に限流し、過負荷および異常電流を遮断するができる。
【００１４】
また本発明は、上記ヒューズにおいて、前記可溶体が巻回された前記内筒を絶縁物からなるハウジングに収納し、前記内筒と前記ハウジングの内壁との間の隙間に消弧体を充填し、前記消弧体は水ガラスを浸透させて前記隙間に固着化した消弧砂からなることを特徴とする。
【００１５】
この構成により、水ガラスは可溶体が溶断時に発生する熱により吸熱反応を起こし、これにより可溶体の溶融物の高温度化を抑制して過熱を防止するとともに、アークの消弧時間を短くする。その結果、ヒューズの内部圧力の急激な増加を抑え、ヒューズ外管の熱ショック及び過圧力による割れ・破壊を防止することができる。しかも、水ガラスが高温の可溶体の溶融物とガラス化反応し、不導体化物を作るので、再導通化が防止され、ヒューズの完全な遮断化が実現される。
【００１６】
上記ヒューズにおいて、前記可溶体は、タングステン又はモリブデンからなる高融点金属材料の丸線又は帯状体の表面に、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金からなる低融点金属材料を被覆した構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、定格電流内での温度上昇を抑制できると共に限流性能を維持して溶断時の遮断電流を小さくすることができ、周辺装置への温度上昇の影響を無くし、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る高圧ヒューズの基本構造は、可溶体の構造及び消弧砂の固定方法を除いて、図４及び図５に示す高圧ヒューズと同様である。すなわち、断面星型をなす内筒１の外周にラップしないように線状又は帯状の可溶体３を巻回し、当該内筒１と可溶体３の一体物を絶縁物のハウジングとなる円筒体６に収納し、内筒１外壁と円筒体６内壁との間に消弧体としての消弧砂７を充填し、円筒体６の両端開口部を端子５にて封じている。内筒１及び円筒体６は絶縁性と耐熱性に優れたセラミック又は高耐熱性樹脂から構成される。消弧体は消弧砂７に限定されるものではない。可溶体３の溶断時の金属蒸気の凝縮・分散化、アーク熱やイオン化ガスの冷却化による、ヒューズ内の導通遮断機能を実現できるものであれば他の材料であっても良い。
【００１９】
図１は線状に構成した可溶体３の断面図である。同図に示す線状の可溶体３は、高融点金属材料からなる丸線１０の外周面に低融点金属材料からなる金属被覆材１１を被覆した構造をしている。高融点金属材料の特性は既述した通りである。低融点金属材料は、高融点金属材料に比べて定格電流域での電気抵抗が小さく、しかも融点が低い金属材料で構成される。例えば、丸線１０を構成する高融点金属材料としてタングステン又はモリブデンを用いることができ、金属被覆材１１を構成する低融点金属材料として、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金を用いることができる。
【００２０】
本例では、高融点金属材料であるタングステン又はモリブデンの丸線１０の表面に、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金からなる低融点金属材料を電気メッキ法により被覆している。ただし、本発明は電気メッキ法による被覆に限らず、高融点金属材料の丸線１０に、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金を張り合わせて、クラッド構造としても良い。又は、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金を蒸着することにより、高融点金属材料表面に低融点金属材料からなる金属被覆材１１を形成することもできる。
【００２１】
図２及び図３は帯状に構成した可溶体３の断面図である。図２は可溶体３の長手方向に切断した断面図であり、図３は可溶体３を長手方向と直交する方向に切断した断面図である。図１に示す線状の可溶体３に代えて、図２及び図３に示す帯状の可溶体３を用いることができる。帯状の可溶体３は、高融点金属材料で構成される帯状線２０の表面に、低融点金属材料からなる金属被覆材２１を形成した構成である。高融点金属材料としてタングステン又はモリブデンを用いることができ、低融点金属材料として、鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウム、銅、銀、又はこれらの合金を用いることができる。
【００２２】
このように、本実施の形態では可溶体３を断面で見ると、高融点金属材料（１０、２０）を芯とし、その周辺に低温の溶融温度を有する低融点金属材料（１１，２１）の被覆が形成される。電気伝導性は、高融点金属材料（１０、２０）とその周辺の低融点金属材料（１１、２１）とに二分され、ヒューズの可溶体３に流れる電流も高融点金属材料（１０、２０）と低融点金属材料（１１、２１）とに２分される。高融点金属材料（１０、２０）の断面積および低融点金属材料（１１、２１）の断面積は、高圧ヒューズの容量、電流遮断特性により、任意に設定される。
【００２３】
上記可溶体３をラップしない様に間隔を空けて内筒１の外周に巻回する。内筒１の外周に巻回した可溶体３の両端部は、内筒１の両端部に巻き付け固定された金属性の止め輪２にスポット溶接する。このように可溶体３が設置された断面星形の内筒１を円筒体６の内部に収納すると共に、内筒１外壁と円筒体６内壁との間に消孤砂７を充填する。
【００２４】
ここで、本実施の形態では、消孤砂７を固定するために水ガラスを浸透して乾燥させている。消孤砂７は浸透した水ガラスにより管壁に固定され、飛散防止が図られている。水ガラスの主成分は、珪酸ナトリウムであるので高温になるとガラス成分になる。このため、高温の可溶体３の溶融物とガラス化反応し、完全な絶縁物ではないが不導体化物を作り、再導通化を防止するように作用する。
【００２５】
以下、図１に示す高融点金属材料からなる丸線１０に低融点金属材料からなる金属被覆材１１を形成してなる可溶体３を用いた場合の作用効果について説明する。なお、図２及び図３に示す帯状の可溶体３を用いた場合も同様の作用効果を奏することができる。
【００２６】
以上のように構成された可溶体３を備えた高圧ヒューズを負荷回路に設置する。定格電流範囲では、可溶体３に流れる電流は、高融点金属材料の丸線１０とその表面に被覆された低融点金属材料の金属被覆材１１に２分され、特に可溶体３の表面層に配置された電気伝導性の高い層となる低融点金属材料の金属被覆材１１に電流の流れが支配的となる。従って、高融点金属材料の丸線１０を単独で可溶体３として用いた高圧ヒューズに比較し、温度上昇は少ない。
【００２７】
一方、負荷回路の二次側に接続された機器又は回路の短絡や過負荷により過電流が流れた場合の作用は次のようになる。高圧ヒューズに過電流が流れる場合、可溶体３に被覆された低融点金属材料の金属被覆材１１と高融点金属材料の丸線１０に電流が流れ、これらの抵抗及び流れる電流量に応じて可溶体３が発熱する。最初に、可溶体３に被覆された低融点金属材料の金属被覆材１１が溶融する。
【００２８】
低融点金属材料の金属被覆材１１の溶融により可溶体３の断面積が低下し、その過電流は高融点金属材料の丸線１０に集中するが、高融点金属材料の丸線１０の抵抗値が高いため、流れる電流が制限される。更に電流が流れると高融点金属材料の丸線１０の高抵抗により瞬時に可溶体３の温度が上昇し、高融点金属材料の丸線１０の酸化及び溶融温度に達して導通が遮断される。
【００２９】
このとき、消弧砂７に浸透させた水ガラスは、可溶体３が溶断時に発生する熱により、自己分解や水の放出等の反応（吸熱反応）を起こす。これにより、可溶体３の溶融物の高温度化を抑制して過熱を防止するとともに、アークの消弧時間を短くする。その結果、ヒューズの内部圧力の急激な増加を抑え、ヒューズ外管の熱ショック及び過圧力による割れ・破壊を防止することができる。しかも、水ガラスが高温の可溶体３の溶融物とガラス化反応し、不導体化物を作るので、再導通化が防止され、ヒューズの完全な遮断化が実現される。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、定格電流範囲では、可溶体３の低融点金属材料からなる金属被覆材１１の低抵抗部で電流が流れるため、可溶体３およびヒューズ本体での温度上昇を抑制でき、周辺装置への温度上昇の影響を軽減し、信頼性を向上することができる。また、過電流領域では、低融点金属材料からなる金属被覆材１１の溶融と可溶体３表面からの離脱により、過電流が抵抗の高い高融点金属材料からなる丸線１０に集中し、かつ温度上昇による抵抗増加で電流制限が大きくなることから、大きな限流効果を得ることができる。
【００３１】
なお、被覆される低抵抗の低融点金属材料（１１，２１）は、ヒューズの容量、制限電流特性により選択されるが、金属被覆材の融点が低い程、過電流時の温度上昇を低く抑えることが出来る。また、過電流時の可溶体３の温度上昇過程で低い温度で金属被覆材（１１，２１）が溶融するため、限流効果をより速い時間で得ることが出来る。
【００３２】
以上の実施の形態は高圧ヒューズについて説明したが、高圧ヒューズの様に可溶体（芯線部分）の表面に低融点金属材料を被覆した構造は、一般の電力ヒューズにおいても適用出来、可溶体である銅や銀からなる芯線部の表面に低融点金属材料である鉛、亜鉛、スズ、カドミニウム、アルミニウムを被覆することにより、その可溶体３の芯線部に被覆された低融点金属材料が過電流の初期時に溶融および飛散し、可溶体３の電流の流れる断面積が低下することにより、可溶体３での抵抗値が増加し、急峻な温度上昇となり、過電流に対する溶断時間が短縮される効果もある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、３〜２２ｋＶの高圧回路に使用される高圧ヒューズ又は一般の電力ヒューズに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施の形態に係る高圧ヒューズにおける可溶体の断面図
【図２】上記実施の形態の変形例に係る高圧ヒューズにおける可溶体の長手方向の断面図
【図３】図２に示す可溶体の長手方向と直交する方向の断面図
【図４】高圧ヒューズの構成例を示す断面図
【図５】図４に示すＸ-Ｘ線断面図
【符号の説明】
【００３５】
１…内筒、１ａ…突条、２…止め輪、３…可溶体、４…接続片、５…端子、６…円筒体、７…消弧砂、１０…丸線（高融点金属材料）、１１…金属被覆材（低融点金属材料）、２０…帯状線（高融点金属材料）、２１…金属被覆材（低融点金属材料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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