JPH1023660A - 限流装置 - Google Patents
限流装置Info
- Publication number
- JPH1023660A JPH1023660A JP17191996A JP17191996A JPH1023660A JP H1023660 A JPH1023660 A JP H1023660A JP 17191996 A JP17191996 A JP 17191996A JP 17191996 A JP17191996 A JP 17191996A JP H1023660 A JPH1023660 A JP H1023660A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current limiting
- current
- resistor
- ptc
- diode
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- Pending
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- Thermistors And Varistors (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体装置等を過電流から保護するための限流
装置の限流作用を確実にし、遮断速度の遅い機器でも遮
断を可能とする。 【解決手段】（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ（0.001 ≦x ≦0.02 ,
ＡはＡｌ, Ｃｒ, Ｓｃから選ばれた少なくとも一種の元
素）なる組成の酸化バナジウム系セラミックスのＰＴＣ
抵抗体１とダイオード２とを直列に接続した分枝Ａと、
ＰＴＣ抵抗体３とダイオード４とを直列に接続した同様
の分枝Ｂとを、ダイオード２、４が互いに逆方向になる
ように並列接続する。
装置の限流作用を確実にし、遮断速度の遅い機器でも遮
断を可能とする。 【解決手段】（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ（0.001 ≦x ≦0.02 ,
ＡはＡｌ, Ｃｒ, Ｓｃから選ばれた少なくとも一種の元
素）なる組成の酸化バナジウム系セラミックスのＰＴＣ
抵抗体１とダイオード２とを直列に接続した分枝Ａと、
ＰＴＣ抵抗体３とダイオード４とを直列に接続した同様
の分枝Ｂとを、ダイオード２、４が互いに逆方向になる
ように並列接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器を保護す
るため電気機器に流れる過電流を制限する限流装置に関
する。
るため電気機器に流れる過電流を制限する限流装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電機設備の大容量化に伴い、短絡
事故等で発生する過電流が増大する傾向にある。このよ
うな場合、短絡容量を十分に満足する大型遮断器を用意
することは、経済的に大きな負担となるので、最近では
従来からの比較的小遮断容量の遮断器を用い、その遮断
器に直列に正の温度特性を有する抵抗体（以下ＰＴＣ抵
抗体と呼ぶ）を接続し、電流を制限することによって、
大きな遮断容量を確保することが行われている。
事故等で発生する過電流が増大する傾向にある。このよ
うな場合、短絡容量を十分に満足する大型遮断器を用意
することは、経済的に大きな負担となるので、最近では
従来からの比較的小遮断容量の遮断器を用い、その遮断
器に直列に正の温度特性を有する抵抗体（以下ＰＴＣ抵
抗体と呼ぶ）を接続し、電流を制限することによって、
大きな遮断容量を確保することが行われている。
【０００３】ある種の添加物を加えた酸化バナジウム
（Ｖ2 Ｏ3 ）系セラミックスなど、ある温度で抵抗率が
急激に増加する（金属−絶縁体転移）特性をもつものが
ある。そのような性質を有する抵抗体（以下転移性抵抗
体と呼ぶ）は、過電流が流れるとジュール発熱により温
度が上昇し、抵抗値が上昇することを利用して過電流を
限流することができるので、限流素子に適している。こ
の抵抗率が急激に変化する温度を転移温度と称する。
（Ｖ2 Ｏ3 ）系セラミックスなど、ある温度で抵抗率が
急激に増加する（金属−絶縁体転移）特性をもつものが
ある。そのような性質を有する抵抗体（以下転移性抵抗
体と呼ぶ）は、過電流が流れるとジュール発熱により温
度が上昇し、抵抗値が上昇することを利用して過電流を
限流することができるので、限流素子に適している。こ
の抵抗率が急激に変化する温度を転移温度と称する。
【０００４】図２は、従来の限流素子の例の断面図であ
る。５は、例えば三二酸化バナジウム（V2O3）にクロム
（Cr）を添加し、その組成が、（V1-XCrX )2O3(0.001≦
x ≦0.02) なるV2O3系セラミックス抵抗体の円柱状の転
移性抵抗体、６は銀−銅ろう、７はＭｏからなる電極で
ある。定格により形状は種々であるが、例えば直径１０
ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度である。
る。５は、例えば三二酸化バナジウム（V2O3）にクロム
（Cr）を添加し、その組成が、（V1-XCrX )2O3(0.001≦
x ≦0.02) なるV2O3系セラミックス抵抗体の円柱状の転
移性抵抗体、６は銀−銅ろう、７はＭｏからなる電極で
ある。定格により形状は種々であるが、例えば直径１０
ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度である。
【０００５】図３は、図２の限流素子の抵抗率の温度特
性図である。抵抗率は、室温から１００℃にかけてゆる
やかに増加し、１００℃〜１５０℃付近で２桁程度急激
に増加し、１５０℃〜２００℃においてピークとなり、
それ以上の温度では低下している。
性図である。抵抗率は、室温から１００℃にかけてゆる
やかに増加し、１００℃〜１５０℃付近で２桁程度急激
に増加し、１５０℃〜２００℃においてピークとなり、
それ以上の温度では低下している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなＰＴＣ抵抗体の特性上、漏電遮断器などのように遮
断速度が遅く、遮断完了までに短絡電流の一周期分の時
間を要する機器では、抵抗体の温度上昇が進み、抵抗の
温度係数が負の領域にかかるため、一旦限流された過電
流が再び増大してしまい、十分な限流効果が得られない
という問題がある。
うなＰＴＣ抵抗体の特性上、漏電遮断器などのように遮
断速度が遅く、遮断完了までに短絡電流の一周期分の時
間を要する機器では、抵抗体の温度上昇が進み、抵抗の
温度係数が負の領域にかかるため、一旦限流された過電
流が再び増大してしまい、十分な限流効果が得られない
という問題がある。
【０００７】図５に５０Ｈｚの短絡遮断時の電流波形を
示す。横軸は時間である。短絡電流の条件は１００Ｖ／
４ｋＡである。図５において、点線は系統に負荷を接続
しない場合の短絡電流であり、実線はＰＴＣ抵抗体の限
流素子を接続した場合の制限電流である。上記V2O3系セ
ラミックスのＰＴＣ抵抗体は温度上昇により１６０℃ま
では抵抗値が増大し、電流が制限される。しかし、漏電
遮断器などのように遮断速度の遅い機器では、この間に
遮断することができず、転移温度を越えた抵抗値が減少
する領域に入るので、電流が再び増加する。温度上昇が
甚だしい場合は、ほぼ増大する以前の抵抗率になってし
まう。その結果、図５に実線で示したように従来のＰＴ
Ｃ抵抗体だけでは、半周期までは限流されるが、それ以
降は温度上昇のためほとんど限流作用がなくなって、負
荷を接続しない場合の短絡電流と同程度の電流が流れる
ことになる。
示す。横軸は時間である。短絡電流の条件は１００Ｖ／
４ｋＡである。図５において、点線は系統に負荷を接続
しない場合の短絡電流であり、実線はＰＴＣ抵抗体の限
流素子を接続した場合の制限電流である。上記V2O3系セ
ラミックスのＰＴＣ抵抗体は温度上昇により１６０℃ま
では抵抗値が増大し、電流が制限される。しかし、漏電
遮断器などのように遮断速度の遅い機器では、この間に
遮断することができず、転移温度を越えた抵抗値が減少
する領域に入るので、電流が再び増加する。温度上昇が
甚だしい場合は、ほぼ増大する以前の抵抗率になってし
まう。その結果、図５に実線で示したように従来のＰＴ
Ｃ抵抗体だけでは、半周期までは限流されるが、それ以
降は温度上昇のためほとんど限流作用がなくなって、負
荷を接続しない場合の短絡電流と同程度の電流が流れる
ことになる。
【０００８】本発明は上述の問題点を解決するためにな
されたものでありその目的は、限流作用が確実に働く限
流装置を提供することにある。
されたものでありその目的は、限流作用が確実に働く限
流装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明の限流装置は、正の抵抗温度係数を有し、抵抗率の
温度係数が急変するＰＴＣ抵抗体とダイオードとを直列
に接続した複数の分枝を、ダイオードが互いに逆方向に
なるように並列接続したものとする。そのようにすれ
ば、並列に配したＰＴＣ抵抗体にそれぞれ、逆列に接続
したダイオードにより、それぞれ半周期の電流が流れ
る。このように半周期ずつの電流を並列に配したＰＴＣ
抵抗体に交互に流すことにより、両抵抗体がそれぞれ、
半周期ごとに電流を限流させるため、一旦限流した後、
温度上昇によって電流増加を来すことがなく、限流効果
を長く持続することができる。
発明の限流装置は、正の抵抗温度係数を有し、抵抗率の
温度係数が急変するＰＴＣ抵抗体とダイオードとを直列
に接続した複数の分枝を、ダイオードが互いに逆方向に
なるように並列接続したものとする。そのようにすれ
ば、並列に配したＰＴＣ抵抗体にそれぞれ、逆列に接続
したダイオードにより、それぞれ半周期の電流が流れ
る。このように半周期ずつの電流を並列に配したＰＴＣ
抵抗体に交互に流すことにより、両抵抗体がそれぞれ、
半周期ごとに電流を限流させるため、一旦限流した後、
温度上昇によって電流増加を来すことがなく、限流効果
を長く持続することができる。
【００１０】特に、ＰＴＣ抵抗体が、（V1-X AX )2O3
(0.001 ≦x ≦0.02 , AはAl,Cr,Scから選ばれた少なく
とも一種の元素）なる組成の酸化バナジウム系セラミッ
クスであるものとする。Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃは、いずれも
酸化バナジウム系セラミックスからなる主抵抗体の抵抗
率の温度係数を急変させる添加物であり、x ＜0.001 で
は、抵抗率の温度係数を急変させない。またx ＞0.02で
は、転移温度が低くなり過ぎて限流素子として使えなく
なる。
(0.001 ≦x ≦0.02 , AはAl,Cr,Scから選ばれた少なく
とも一種の元素）なる組成の酸化バナジウム系セラミッ
クスであるものとする。Ａｌ、Ｃｒ、Ｓｃは、いずれも
酸化バナジウム系セラミックスからなる主抵抗体の抵抗
率の温度係数を急変させる添加物であり、x ＜0.001 で
は、抵抗率の温度係数を急変させない。またx ＞0.02で
は、転移温度が低くなり過ぎて限流素子として使えなく
なる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の限流装置の構成を
示す図である。すなわち、本発明の限流装置は、ＰＴＣ
抵抗体１とダイオード２とを直列にした分枝ＡとＰＴＣ
抵抗体３とダイオード４とを直列にした分枝Ｂとが並列
に接続されているものである。ただし、ダイオード２と
ダイオード４ととは逆方向になるように接続されてい
る。
示す図である。すなわち、本発明の限流装置は、ＰＴＣ
抵抗体１とダイオード２とを直列にした分枝ＡとＰＴＣ
抵抗体３とダイオード４とを直列にした分枝Ｂとが並列
に接続されているものである。ただし、ダイオード２と
ダイオード４ととは逆方向になるように接続されてい
る。
【００１２】ＰＴＣ抵抗体１、３は、例えば酸化バナジ
ウム系セラミックスからなる円柱状の転移性抵抗体５
と、その両端にろう箔６でろう付けされたモリブデンの
電極７とからなる。図１の実施例としてのＰＴＣ抵抗体
１、３の製造方法を説明する。原料として酸化バナジウ
ム（Ｖ2 Ｏ3 ）、酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）、酸化鉄
（Ｆｅ2 Ｏ3）の粉末を用い、焼結後の組成が、（Ｖ
0.9965Ｃｒ0.0035）2 Ｏ3 ＋５質量％Ｆｅとなるように
秤量・調合した後、湿式ボールミルで１２時間混合粉砕
した。得られた粉体を加圧成形し、水素中１７００℃で
１時間焼成し、その後切断、研磨して、直径１０ｍｍ、
長さ３０ｍｍ、室温抵抗値１５ｍΩの円柱状の転移性抵
抗体とする。このV2O3系セラミックス抵抗体の抵抗率の
温度依存性は、図３に示した従来の例とほぼ同じであ
る。
ウム系セラミックスからなる円柱状の転移性抵抗体５
と、その両端にろう箔６でろう付けされたモリブデンの
電極７とからなる。図１の実施例としてのＰＴＣ抵抗体
１、３の製造方法を説明する。原料として酸化バナジウ
ム（Ｖ2 Ｏ3 ）、酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）、酸化鉄
（Ｆｅ2 Ｏ3）の粉末を用い、焼結後の組成が、（Ｖ
0.9965Ｃｒ0.0035）2 Ｏ3 ＋５質量％Ｆｅとなるように
秤量・調合した後、湿式ボールミルで１２時間混合粉砕
した。得られた粉体を加圧成形し、水素中１７００℃で
１時間焼成し、その後切断、研磨して、直径１０ｍｍ、
長さ３０ｍｍ、室温抵抗値１５ｍΩの円柱状の転移性抵
抗体とする。このV2O3系セラミックス抵抗体の抵抗率の
温度依存性は、図３に示した従来の例とほぼ同じであ
る。
【００１３】続いて、この転移性抵抗体の端面に、銀−
銅（Ag-Cu ）共晶のろう箔を置き、モリブデン（Mo）の
電極ではさみ、１×１０4 Ｐａの圧力をかけて水素気流
中で９００℃で１０分間焼成し、電極付けを行う。ダイ
オードは、必要な耐圧と、電流容量のダイオードを選択
し、ＰＴＣ抵抗体と直列に接続すればよい。 本実施例
のダイオード１、３はともに定格逆電圧が１０００Ｖの
一般整流用ダイオードである。
銅（Ag-Cu ）共晶のろう箔を置き、モリブデン（Mo）の
電極ではさみ、１×１０4 Ｐａの圧力をかけて水素気流
中で９００℃で１０分間焼成し、電極付けを行う。ダイ
オードは、必要な耐圧と、電流容量のダイオードを選択
し、ＰＴＣ抵抗体と直列に接続すればよい。 本実施例
のダイオード１、３はともに定格逆電圧が１０００Ｖの
一般整流用ダイオードである。
【００１４】このようにして得られた限流装置の特性に
ついて、以下に説明する。本発明の限流装置を２０Ａ定
格の遮断器と直列に接続し、短絡遮断を行った場合の電
流波形を、図４に示す。横軸は時間である。短絡電流の
条件は１００Ｖ／４ｋＡである。図４において点線は、
系統に負荷が全く無い場合の短絡電流であり、実線は限
流装置を接続した場合の電流である。
ついて、以下に説明する。本発明の限流装置を２０Ａ定
格の遮断器と直列に接続し、短絡遮断を行った場合の電
流波形を、図４に示す。横軸は時間である。短絡電流の
条件は１００Ｖ／４ｋＡである。図４において点線は、
系統に負荷が全く無い場合の短絡電流であり、実線は限
流装置を接続した場合の電流である。
【００１５】短絡電流の初期の半波によるジュール熱で
ＰＴＣ抵抗体１が高温になると高抵抗状態になり、ＰＴ
Ｃ抵抗体１に流れる電流は絞られる。しかし、逆方向に
接続されたダイオード２、４のため、次の半波は必ずＰ
ＴＣ抵抗体３に流れる。そしてＰＴＣ抵抗体３の働き
で、また実線のように限流される。この間ＰＴＣ抵抗体
１には電流が流れず、冷却される 図５に示したように従来のＰＴＣ抵抗体単体では、半周
期までは限流されるが、それ以降は温度上昇のため、限
流作用がなくなってしまったのに対し、本発明の限流装
置では、過電流の最初の半周期分を図１中の分枝Ａで、
続く半周期分を分枝Ｂで限流するため、一周期にわたり
限流作用を持続できる。そのため、漏電遮断器などのよ
うに遮断速度の遅い機器でも、この間に遮断することが
できる。
ＰＴＣ抵抗体１が高温になると高抵抗状態になり、ＰＴ
Ｃ抵抗体１に流れる電流は絞られる。しかし、逆方向に
接続されたダイオード２、４のため、次の半波は必ずＰ
ＴＣ抵抗体３に流れる。そしてＰＴＣ抵抗体３の働き
で、また実線のように限流される。この間ＰＴＣ抵抗体
１には電流が流れず、冷却される 図５に示したように従来のＰＴＣ抵抗体単体では、半周
期までは限流されるが、それ以降は温度上昇のため、限
流作用がなくなってしまったのに対し、本発明の限流装
置では、過電流の最初の半周期分を図１中の分枝Ａで、
続く半周期分を分枝Ｂで限流するため、一周期にわたり
限流作用を持続できる。そのため、漏電遮断器などのよ
うに遮断速度の遅い機器でも、この間に遮断することが
できる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、酸
化バナジウム系セラミックス等のＰＴＣ抵抗体とダイオ
ードとを直列に接続した複数の分枝を、ダイオードが互
いに逆方向になるように並列接続した限流装置とするこ
とにより、限流作用を確実にでき、従来よりも２倍以上
長く持続させることができる。このため、漏電遮断器な
どのように遮断速度の遅い機器でも十分に適用が可能と
なる。
化バナジウム系セラミックス等のＰＴＣ抵抗体とダイオ
ードとを直列に接続した複数の分枝を、ダイオードが互
いに逆方向になるように並列接続した限流装置とするこ
とにより、限流作用を確実にでき、従来よりも２倍以上
長く持続させることができる。このため、漏電遮断器な
どのように遮断速度の遅い機器でも十分に適用が可能と
なる。
【図１】本発明の限流装置の構成を示す図
【図２】従来の限流素子の断面図
【図３】Ｖ2 Ｏ3 系セラミックス抵抗体の抵抗率温度特
性図
性図
【図４】本発明の限流回路による短絡電流の限流作用を
示す電流波形図
示す電流波形図
【図５】ＰＴＣ抵抗体だけによる短絡電流の限流作用を
示す電流波形図
示す電流波形図
１ ＰＴＣ抵抗体 ２ ダイオード ３ ＰＴＣ抵抗体 ４ ダイオード ５ 転移性抵抗体 ６ ろう箔 ７ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】正の抵抗温度係数を有し、抵抗率の温度係
数が急変するＰＴＣ抵抗体とダイオードとを直列に接続
した複数の分枝を、ダイオードが互いに逆方向になるよ
うに並列接続したことを特徴とする限流装置。 - 【請求項２】ＰＴＣ抵抗体が、（Ｖ1-X ＡX ）2 Ｏ（0.
001 ≦x ≦0.02 ,ＡはＡｌ, Ｃｒ, Ｓｃから選ばれた少
なくとも一種の元素）なる組成の酸化バナジウム系セラ
ミックスであることを特徴とする請求項１記載の限流装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17191996A JPH1023660A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 限流装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17191996A JPH1023660A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 限流装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023660A true JPH1023660A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=15932285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17191996A Pending JPH1023660A (ja) | 1996-07-02 | 1996-07-02 | 限流装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1023660A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7050283B2 (en) * | 2002-04-29 | 2006-05-23 | Won-Door Corporation | Method and apparatus for protecting monitor circuit from fault condition |
| JP2009525608A (ja) * | 2006-02-01 | 2009-07-09 | 韓國電子通信研究院 | 並列伝導層構造を持つ金属−絶縁体転移素子 |
| CN103986138A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-08-13 | 国家电网公司 | 一种模块化限流断路器功率模块 |
-
1996
- 1996-07-02 JP JP17191996A patent/JPH1023660A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7050283B2 (en) * | 2002-04-29 | 2006-05-23 | Won-Door Corporation | Method and apparatus for protecting monitor circuit from fault condition |
| JP2009525608A (ja) * | 2006-02-01 | 2009-07-09 | 韓國電子通信研究院 | 並列伝導層構造を持つ金属−絶縁体転移素子 |
| CN103986138A (zh) * | 2014-05-14 | 2014-08-13 | 国家电网公司 | 一种模块化限流断路器功率模块 |
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