(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電路の電源側に所定の温度になると急激に抵抗値が増大する正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ素子（セラミック素子）の一端側を接続し、同ＰＴＣ素子の他端側を前記所定の温度より高い温度になると所定の距離だけ変位するように配置した形状記憶部材の変位によって開く常閉型接点を介して前記電路の負荷側に接続して、前記電路に定格以上の電流が流れたとき前記ＰＴＣ素子が同電路に流れる過電流を抑制し前記常閉型接点が開いて前記過電流を遮断するようにした限流型遮断器において、
前記ＰＴＣ素子として、Ｖ2Ｏ3系セラミックをハニカム構造に形成した素子を採用したことを特徴とする限流型遮断器。
【請求項２】
電路の電源側に所定の温度になると急激に抵抗値が増大する正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ素子（セラミック素子）の一端側を接続し、同ＰＴＣ素子の他端側を前記所定の温度より高い温度になると所定の距離だけ変位するように配置した形状記憶部材の変位によって開く常閉型接点を介して前記電路の負荷側に接続して、前記電路に定格以上の電流が流れたとき前記ＰＴＣ素子が同電路に流れる過電流を抑制し前記常閉型接点が開いて前記過電流を遮断するようにした限流型遮断器において、
前記ＰＴＣ素子として、Ｖ2Ｏ3‐Ｃｒ2Ｏ3 系セラミックをハニカム構造に形成した素子を採用したことを特徴とする限流型遮断器。
【請求項３】
前記形状記憶部材が、所定の荷重を付与されて前記所定の温度より高い温度に加熱されたとき収縮し、前記所定の温度より低い温度に冷却されたとき伸長する圧縮ばね形状の形状記憶ばねであることを特徴とする請求項１又は2に記載の限流型遮断器。
【請求項４】
前記形状記憶部材の他端側を圧縮ばねの一端に係合させ同圧縮ばねの他端を前記常閉型接点の固定接点に接触する可動接点に係合させて、前記形状記憶部材に所定の荷重を付与したことを特徴とする請求項3に記載の限流型遮断器。
【請求項５】
前記形状記憶部材と圧縮ばねを前記ＰＴＣ素子の内部に配置したことを特徴とする請求項4に記載の限流型遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断器に係わり、特に送配電系統等の電路に配設されてこの電路に生じた短絡電流あるいは過負荷電流等の過電流を抑制するとともに、この過電流から電路を遮断する限流型遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、送配電系統に流れる短絡電流あるいは過負荷電流等の過電流から送配電系統を保護するために、温度が上昇することにより抵抗値が増大する正の抵抗温度係数を有する素子（ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ、以下ＰＴＣ素子という）を送配電系統の電路に用いることが提案されるようになった。このＰＴＣ素子を送配電系統の電路に用いると、例えば、この電路に定格電流以上の過電流が流れると、ジュール熱が発生してＰＴＣ素子の温度が上昇する。すると、このＰＴＣ素子は正の抵抗温度係数を有するため、ＰＴＣ素子の温度が所定の所定の温度以上となると、抵抗値が急激に増大してこの電路に流れる過電流を抑制（限流）するようになる。一方、事故が復帰してＰＴＣ素子の温度が常温に戻ると、元の低抵抗値になるため、自動復帰してこの電路に給電が再開されることとなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＴＣ素子は所定の温度以上となると抵抗値が減少するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）領域を有するため、ＰＴＣ素子が異常に温度上昇すると逆に抵抗値が減少して大電流が流れ、ＰＴＣ素子が破壊されるという問題があった。
また、定常時においてのＰＴＣ素子での電力損失を小さくするために常温での抵抗値を小さくしようとすると、ＰＴＣ素子の断面積を大きくする必要があるが、ＰＴＣ素子の断面積を大きくすると、定格電流以上の過電流が流れてもＰＴＣ素子の温度上昇率が低下するため、限流動作が遅くなり、応答性が悪化するという問題を生じる。
【０００４】
さらに、限流動作した後に事故が回復すると、電路に所定の電流が流れるようにする必要があるが、ＰＴＣ素子が温度上昇したままであると、抵抗値が大きいままであるため、ＰＴＣ素子の温度が常温に戻るまで限流動作した状態が継続して回復動作が遅くなるという問題も生じる。
【０００５】
本発明の目的は、上記の問題を解決するため、正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ素子（セラミック素子）を常閉型接点とを組み合わせて用いることにより、当該ＰＴＣ素子の異常な加熱を惹起することなく、かつ復帰動作が速くなるようにすることにある。
この目的を達成するため、本発明は、電路の電源側に所定の温度になると急激に抵抗値が増大する正の抵抗温度係数を有するＰＴＣ素子の一端側を接続し、同ＰＴＣ素子の他端側を前記所定の温度より高い温度になると所定の距離だけ変位するように配置した形状記憶部材の変位によって開く常閉型接点を介して前記電路の負荷側に接続して、前記電路に定格以上の電流が流れたとき前記ＰＴＣ素子が同電路に流れる過電流を抑制し前記常閉型接点が開いて前記過電流を遮断するようにした限流型遮断器において、前記ＰＴＣ素子として、Ｖ2Ｏ3系セラミック又はＶ2Ｏ3‐Ｃｒ2Ｏ3 系セラミックをハニカム構造に形成した素子を採用したことを特徴とする限流型遮断器を提供するものである。
【００１１】
【発明の効果】
本発明による限流型遮断器においては、ＰＴＣ素子（セラミック素子）の常温での抵抗値は小さいため、電路に直接接続しても抵抗損失は小さく、定常時の電力損失は最小限にすることができ、電力損失をもたらすことなく電力系統を保護することができる。また、ＰＴＣ素子が限流動作を開始すると常閉型接点が開動作するので、ＰＴＣ素子の異常な温度上昇を防止でき、ＰＴＣ素子の破壊を防止できて、この種の限流型遮断器の信頼性が向上する。また、本発明による限流型遮断器に採用したハニカム構造のＶ2Ｏ3系セラミック素子はＢａＴｉＯ３系セラミックス素子と比較して抵抗が小さいため、断面積を小さくして小型にすることができて、この種の限流型遮断器の小型化が可能となる。また、ハニカム構造であるので、冷却効率が向上し、この素子に大電流が流れて温度上昇しても早期に冷却されて復帰動作が速くなり、この種の限流型遮断器の復帰性が向上する。ＰＴＣ素子としてＶ2Ｏ3-Ｃｒ2Ｏ3系セラミックをハニカム構造に形成した素子を採用した場合には、定格電流以上の過電流が流れても、ＮＴＣ（負の抵抗温度係数）領域に至るまでに温度上昇をすることがないため、温度上昇に基づく素子の破壊を防止することができる。また、過電流が流れると確実にその抵抗値が増大するので、限流動作の応答性が向上し、この種の限流型遮断器の応答性が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明の限流型遮断器の実施の形態を説明する。図１は本発明の限流型遮断器を送配電系統の電路に直接接続して、この電路に流れる過電流を抑制（限流）するとともに過電流から電路を遮断する場合の一例を示す図である。図１に示すように、この限流型遮断器は、所定の温度になるとその抵抗値が急激に増大する正の抵抗温度係数を有するセラミックス素子（ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタ、以下、ＰＴＣ素子という）１０と、形状記憶合金製ばね２１と、通常のばね材からなる圧縮ばね２２と、可動接点４１と固定接点４２からなる接点４０から構成している。
【００１８】
そして、ＰＴＣ素子１０の一端に設けた電極１０ａを電路の電源側に接続し、ＰＴＣ素子１０の他端に設けた電極１０ｂを接点４０の固定接点４２の一端を電路の電源側に接続し、固定接点４２の他端を電路の負荷側に接続する。また、ＰＴＣ素子１０の表面から内部に形成した円筒状の穴１１内に円筒体２０を配設する。この円筒体２０内に形状記憶合金製ばね２１と通常のばね材からなる圧縮ばね２２とを配設し、圧縮ばね２２の端部に接点４０の可動接点４１を接続して、この可動接点４１が固定接点４２に接触した状態になるように配設している。
【００１９】
ＰＴＣ素子１０としては、その比抵抗が急激に増大する温度（一般的には相転移温度という）が８０℃〜２００℃程度のもので、常温での抵抗値が小さくかつ相転移温度になると急激に抵抗値が増大するものを用いることが好ましい。ここで、ＰＴＣ素子としては、一般的には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）系セラミックスを用いることが知られているが、表１に示すように、Ｖ2Ｏ3系セラミックスＢａＴｉＯ3系セラミックスより、室温抵抗率、抵抗上昇、機械的強度等の点でＰＴＣ素子として優れた特性を有することが明らかとなったので、本発明においてはＰＴＣ素子として、Ｖ2Ｏ3系セラミックス、特にＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3セラミックスを用いる。
【００２０】
【表１】
0003797629.tif 000002
【００２１】
このＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3系セラミックスからなるＰＴＣ素子１０は、図２に示すように、その内部に蜂の巣のように多くの空隙１１ａを有するハニカム構造に形成したものを使用する。このようにハニカム構造に形成したＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3セラミックスからなるＰＴＣ素子１０は、図３の温度−比抵抗特性に示すように、１３０℃程度で相転移するＰＴＣ素子が得られる。
【００２２】
また、形状記憶ばね２１としては、例えばＮｉ−Ｔｉ合金からなる形状記憶合金を圧縮コイルばね形状に形状記憶して、荷重を一定のままＰＴＣ素子１０の相転移温度（例えば１３０℃程度）より高い温度（例えば１５０℃程度）まで加熱すると収縮し、相転移温度より低温に冷却すると所定の距離だけ伸長するものを用いている。そして、形状記憶ばね２１を一定の荷重で押圧するとともに、可動接点４１が一定の荷重で押圧して固定接点４２に接触するように通常ばね２２が伸びた状態となるように配設している。そのため、この状態で形状記憶ばね２１がＰＴＣ素子１０の相転移温度より高い温度（例えば１５０℃程度）まで加熱されると、形状記憶ばね２１は所定の距離だけ収縮して、可動接点４１は固定接点４２より離接することとなる。
【００２３】
ついで、上述のように構成した限流型遮断器の動作を説明する。電路Ｌに定格電流以下の電流が流れる定常時においては、形状記憶ばね２１は伸びた状態にあるため、可動接点４１と固定接点４２とは接触した状態にある。一方、ＰＴＣ素子１０の常温での比抵抗は図３に示すように小さいため、図示しない電源より供給される電流はＰＴＣ素子１０の電極１０ａからＰＴＣ素子１０内を通り、電極１０ｂ、固定接点を通って負荷側に流れる。このとき、ＰＴＣ素子１０の抵抗値は小さいため、ＰＴＣ素子１０内を流れる電流により生じる電力損失は小さい。
【００２４】
ここで、何らかの理由によりこの限流型遮断器の下流側の電路で事故が生じて、定格電流以上の過電流Ｉが電路に流れると、ＰＴＣ素子１０はジュール熱により発熱して温度が上昇する。ＰＴＣ素子１０の温度が上昇して、その温度が１３０℃を超すとＰＴＣ素子１０の比抵抗が図３に示すように増大し、その抵抗値が急激に増大して、ＰＴＣ素子１０内を流れていた電流は限流される。一方、ＰＴＣ素子１０の温度が上昇すると、ＰＴＣ素子１０の穴１１内に配設された形状記憶ばね２１の温度が１５０℃程度になると形状記憶ばね２１は収縮する。すると、形状記憶ばね２１に圧縮ばね２２を介して接続された可動接点４１は固定接点４２より離接し、電路は遮断されるようになる。
【００２５】
このとき、ＰＴＣ素子１０は上述の表１に示すように、室温抵抗率に対する抵抗上昇が２〜３桁であるので、急激にその抵抗値が増大して限流動作を行うとともに、電路が遮断されるため、ＰＴＣ素子１０は負の抵抗温度係数（ＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient））領域に至るまでに温度上昇することがなくなり、定格電流以上の過電流によりＰＴＣ素子１０が破壊されることがなくなる。
このようにしてＰＴＣ素子１０が限流動作し、接点４０の可動接点４１と固定接点４２が離接した後、ＰＴＣ素子１０は図２に示すような空隙１０ａを有するハニカム構造となっているので、この空隙１０ａを介してＰＴＣ素子１０は冷却されて、急速に放熱して室温の抵抗値に戻り、形状記憶ばね２１は伸長して接点４０の可動接点４１と固定接点４２とが接触して復帰することとなる。
【００２６】
上述のように構成した本実施の形態においては、ＰＴＣ素子１０として室温での抵抗値が小さいＶ2Ｏ3−Ｃｒ2Ｏ3セラミックスを用いているため、このＰＴＣ素子１０を電路に直接接続しても抵抗損失は小さくなる。そのため、定常時の電力損失を最小限にすることができ、電力損失を伴うことなく過電流を防止することができるようになる。また、ＰＴＣ素子１０が限流動作を開始すると接点４０の可動接点４１が固定接点４２より離接して開動作するようになるので、ＰＴＣ素子１０の異常温度上昇を防止でき、ＰＴＣ素子１０の破壊を防止できるようになって、この種の限流型遮断器の信頼性が向上する。
【００２７】
また、短絡事故等が発生して事故点にアークが発生しても短時間で消弧して自動復帰できるようになるので、送配電系統の保守が容易になり、保守性が向上する。また、ＰＴＣ素子１０に形状記憶部材２１を接続し、この形状記憶部材２１に弾性体２２を介して可動接点４１を接続するだけの構成であるので、この種の限流型遮断器の構成が簡単となり、小型、安価に製造できるようになる。
【００２８】
また、形状記憶部材２１として圧縮ばね形状に形状記憶させた形状記憶ばね２１を用いているので、ＰＴＣ素子１０が相転移温度まで温度上昇すると、確実に形状記憶ばね２１が収縮動作をし、接点４０の可動接点４１が固定接点４２より確実に離接して電路を遮断するので、この限流型遮断器を用いた送配電系統の信頼性が向上する。
【００２９】
また、弾性体２２としてばね材よりなる圧縮ばね２２を用いているので、形状記憶部材２１をＰＴＣ素子１０に一定の押圧力で押圧するとともに、常温時には接点４０の可動接点４１を固定接点４２に一定の押圧力で押圧するので、接点４０の開閉動作が常に安定して行われることとなり、事故が発生すると確実に電路を遮断できるようになるとともに事故が復帰すると自動的に、かつ確実に電路に投入できるようになって、保守性が向上する。
【００３０】
さらに、形状記憶部材２１をＰＴＣ素子１０に設けた穴１１内に配設しているので、ＰＴＣ素子１０が加熱されて温度上昇したり、あるいはＰＴＣ素子１０が冷却されて温度低下すると、この熱が形状記憶部材２１に効率よく熱伝導することとなり、ＰＴＣ素子１０が限流動作すると直ちに形状記憶部材２１は収縮し、また、ＰＴＣ素子１０が通常動作すると直ちに形状記憶部材２１は伸長するようになる。
【００３１】
なお、上述の実施の形態においては、本発明の限流型遮断器の接点４０を１つ設ける例について説明したが、図４に示すように、接点４０、４０ａ、４０ｂの複数の接点を設けるようにしてもよい。この場合、接点４０ａの可動接点４３は弾性体２２に直接接続され、その固定接点４４は電路に配設され、接点４０ｂの可動接点４５は弾性体２２に直接接続され、その固定接点４６は電路に配設される。このように複数の接点４０、４０ａ、４０ｂを設けることにより、各接点４０、４０ａ、４０ｂに印加される電圧は等分（この場合は３等分）されることとなるので、その開閉動作が容易となる。
【００３２】
また、上述の実施の形態においては、本発明の限流型遮断器を電路に直接接続する例について説明したが、この限流型遮断器を柱上変圧器の一次端子に設置される高圧カットアウトのヒューズに変えて用いると効果的である。この場合、この高圧カットアウトに過電流が流れて遮断動作しても自動復帰する。そのため、従来の高圧カットアウトにおいて必須であったヒューズの取り替える作業が必要でなくなり、ランニングコストが低減するとともに保守性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の限流型遮断器を送配電系統の電路に直接接続する一例を示す図である。
【図２】  ハニカム構造に形成した本発明のＰＴＣ素子を示す図である。
【図３】  本発明のＰＴＣ素子の温度−比抵抗特性を示す図である。
【図４】  本発明の限流型遮断器に複数の接点を設けた例示す図である。
【符号の説明】
１０…ＰＴＣ素子（正の抵抗温度係数を有するセラミックス素子）、１０ａ，１０ｂ…電極、２０…円筒体、２１…形状記憶部材（形状記憶ばね）、２２…弾性体（圧縮ばね）、４０…接点、４１…可動接点、４２…固定接点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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