CN104321847A - 直流电路用电路断路器以及直流电路用电路断路装置 - Google Patents

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Abstract

在直流电路用电路断路器的消弧装置中的多个栅格板上，在可动接触件侧形成有U字形的切口部和切口部的两侧的侧脚部，在所述栅格板之间，在所述栅格板的层叠方向上无间隙地配置树脂制的绝缘体，在所述绝缘体上形成与所述栅格板的U字形的切口部相对的U字形的切口部，并且形成为所述栅格板的侧脚部中的靠所述栅格板的切口部侧的侧面露出。由此，无需使用磁铁，就能够提高电弧驱动力较小的小电流区域的电弧电压，能够对高电压的直流电路进行断路。

Description

直流电路用电路断路器以及直流电路用电路断路装置
技术领域
本发明涉及一种能够通过将树脂放入消弧装置的消弧板(栅格板)之间而提高电弧电压的直流电路用电路断路器以及直流电路用电路断路装置。
背景技术
关于将交流电路用和直流电路用通用化的电路断路器，在将该电路断路器用于直流电路的情况下，由于直流电流不具有电流零点，因此与用于交流电路的情况相比，难于对高的电压进行断路。对于通电电流为大电流区域(例如，额定电流超过100A)的电路断路器，通过因消弧板的片数增加引起的电弧电压升高、因消弧板侧的磁阻的降低而引起的磁驱动力上升、以及将产生消弧性气体的绝缘部件配置在电弧周边并利用该气体的压力梯度将电弧向消弧板侧驱动的气体驱动力，从而即使没有永磁铁，也能够提高直流的额定电压并实现高电压化。
但是，在通电电流为小电流区域(例如，额定电流小于或等于100A)的电路断路器中，由于电流较小而前述的由消弧板引起的磁驱动力以及由气体的压力梯度引起的气体驱动力较小，因此通常将永磁体配置在两个触点附近的两侧，通过利用弗莱明法则形成的永磁体的磁力而将断路时的电弧向消弧装置的栅格板侧驱动(例如，参照专利文献1)。另一方面，已知有以提高断路时的限流性能作为目的，将栅格板和绝缘性板在交替且彼此隔开的状态下进行支撑的消弧装置(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本实开昭58-188917号公报
专利文献2：日本特开昭58-181235号公报
发明内容
如前所述，在现有的电路断路器中，在实现直流电路的高电压化的情况下，由于在小电流区域中电流较小，因此向栅格板的磁驱动力较弱，电弧无法到达至栅格板露出的部分，所以虽然能够期待由从与电弧接触的绝缘部件处产生的冷却气体引起的电弧电压上升量、和通过由与电弧接触的绝缘部件引起的压力梯度而产生的电弧驱动力，但不能充分期待由栅格板将电弧截断而产生的电弧电压上升量。因此，直流电路的高电压化较难，需要依赖于永磁铁。
本发明就是为了解决如前所述的课题而提出的，其目的在于得到一种针对小电流电弧无需使用磁铁、能够对高电压的直流电路进行断路的直流电路用电路断路器以及直流电路用电路断路装置。
本发明的直流电路用电路断路器具有：框体的基座；外部端子，其在该基座上隔开间隔配置；固定接触件，其与所述外部端子的一方连接，且具有固定触点；可动接触件，其具有与所述固定触点接触/分离的可动触点，且与所述外部端子的另一方连接；以及消弧装置，其设置在所述两个触点以及所述固定接触件的附近，该消弧装置构成为层叠有多个栅格板，且对在所述两个触点之间产生的电弧进行消弧，在所述栅格板上，在所述可动接触件侧形成有U字形的切口部和所述切口部的两侧的侧脚部，在该直流电路用电路断路器中，在所述消弧装置的栅格板之间，在所述栅格板的层叠方向上无间隙地配置树脂制的绝缘体，在所述绝缘体上形成与所述栅格板的U字形的切口部相对的U字形的切口部，并且形成为所述栅格板的侧脚部中的靠所述栅格板的切口部侧的侧面露出。
发明的效果
根据本发明涉及的直流电路用电路断路器，通过追加所述绝缘体，从而无需使用磁铁，就能够提高电弧驱动力较小的小电流区域的电弧电压，能够对高电压的直流电路进行断路。本发明的除上述之外的目的、特征、观点以及效果根据参照附图的以下的本发明的详细说明，能够变得更清楚。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的直流电路用电路断路器的整体结构的纵剖视图。
图2是示出图1的消弧装置的放大斜视图。
图3是示出图1的消弧装置的放大侧剖视图。
图4是示出从图2去掉可动接触件后的消弧装置的放大斜视图。
图5是示出从图4去掉绝缘部件后的消弧装置的放大斜视图。
图6是示出实施方式1的栅格板的放大图。
图7是示出实施方式1的绝缘体的放大图。
图8是说明实施方式1的电弧的磁驱动的图。
图9是示出本发明的实施方式2的绝缘体的放大图。
图10是实施方式1、2的外部接线图。
图11是实施方式3的外部接线图。
图12是实施方式4的外部接线图。
具体实施方式
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的直流电路用电路断路器的整体结构的纵剖视图。如图1所示，电路断路器101是使用框体10构成的，该框体10由利用绝缘材料形成的基座11和罩部12构成。在基座11上，(1个或多个)与极数相对应的电路断路单元20彼此隔开间隔地排列。在电路断路单元20的上部，配置具有公知的肘杆机构的开闭机构部30。罩部12覆盖基座11上的各极的电路断路单元20和开闭机构部30，开闭机构部30的操作手柄31从罩部12的手柄用窗孔12a突出。
各极的电路断路单元20彼此相同地构成，横杆32在各极的电路断路单元20中共用，以与各极的电路断路单元20正交的方式配置在基座11上。该横杆32通过开闭机构部30而以其轴心为中心转动，在该横杆32上分别安装各极的电路断路单元20的各可动接触件23。在横杆32以其轴心为中心转动时，各极的电路断路单元20的各可动接触件23同时转动，通过该可动接触件23的转动，可动触点22与固定触点21接触/分离。开闭机构部30由公知的肘杆机构构成，具有由跳闸装置40驱动的公知的跳闸杆33。
各极的电路断路单元20具有：电源侧端子(外部端子)24，其设置在基座11上；固定触点21，其设置在从该电源侧端子24延伸设置的固定接触件27上；可动触点22，其与该固定触点21接触/分离；可动接触件23，在其一端设置该可动触点22，由横杆32可自由转动地保持；跳闸装置40，其经由可动接触件支架26与该可动接触件23连接；负载侧端子(外部端子)25，其从跳闸装置40延伸设置；以及消弧装置50，其设置在固定接触件27以及两个触点21、22的附近，对在两个触点21、22之间产生的电弧进行消弧。由固定触点21和可动触点22构成对电路进行开闭的开闭触点。如果可动触点22与固定触点21接触，则端子24、25之间的电气电路成为接通，另外，如果可动触点22与固定触点21分离，则两个端子24、25之间的电气电路成为断开。此时在可动触点22和固定触点21之间产生的电弧由消弧装置50进行消弧。
图2是示出图1的消弧装置的放大斜视图。图3是示出图1的消弧装置的放大侧剖视图。图4是示出从图2去掉可动接触件后的消弧装置的放大斜视图。图5是示出从图4去掉绝缘部件后的消弧装置的放大斜视图。图6是示出栅格板的放大图，(a)是主视图，(b)是其侧视图。图7是示出绝缘体的放大图，(a)是主视图，(b)是其侧视图。
如图2～图7的实施方式1所示，构成消弧装置50的、由磁性钢板构成的多个栅格板51以及最上部的栅格板52形成为在方形板的一边(可动接触件侧)设置有大致U字形的切口部51a、52a的形状，在该切口部51a、52a的两侧形成有侧脚部51b。通过使用多片该栅格板51和1片最上部的栅格板52，使它们保持规定的间隔进行层叠，并夹持在由绝缘性材料构成的支撑板53a、53b之间，而构成消弧装置50。该消弧装置50以使栅格板51以及最上部的栅格板52的U字形的切口部51a、52a朝向固定触点21、可动触点22的方向的方式进行设置，形成为可动接触件23在由该U字形的切口部51a形成的空间50a中转动的结构。此外，在最上部的栅格板52上设置有弯曲部52b，以使得电弧易于从可动接触件23转流。
在两个触点21、22以及消弧装置50的附近设置有绝缘部件55，该绝缘部件55覆盖电源侧端子24，由与电弧接触时产生消弧性气体的树脂(例如，聚酰胺树脂)构成。此外，如图3所示，在消弧装置50中的多个栅格板51以及最上部的栅格板52之间，在栅格板的层叠方向上无间隙地配置有树脂制的绝缘体54(例如，聚酰胺树脂或聚缩醛树脂)，栅格板51的侧脚部51b中的靠横杆32侧的前端面51d也被绝缘体54的弯曲部54b覆盖。另一方面，栅格板51的侧脚部51b中的靠空间50a侧(切口部51a侧)的侧面51c没有被绝缘体54覆盖，而是露出以使得侧脚部51b的侧面51b与电弧接触。此外，如图4～7所示，该绝缘体54形成有U字形的切口部54a，通过连接部54c而以单个部件构成，其中，该切口部54a与位于栅格板51上的U字形的切口部51a相对。另外，无需在栅格板51以及最上部的栅格板52之间的所有间隙中配置绝缘体54，只要与所需电弧电压相对应而变更配置片数即可。此外，在绝缘体54上在该切口部54a的与可动接触件相反侧形成有使切口部54a延长并将电弧向栅格板51、52的深处磁驱动而进行引导的切口通路54d。
下面，对电路断路器101的断路动作进行说明。如果大于或等于规定值的电流流过电路断路单元20，则跳闸装置40转动并按压跳闸杆33，由此驱动开闭机构部30并使可动接触件23转动。由于可动接触件23的转动，可动触点22与固定触点21分离。在可动触点22离开时，因流过的电流引起的电弧在固定触点21和可动触点22之间的最短距离处试图维持。
此时，在直流的通电电流为大电流区域(例如，额定电流超过100A)的情况下，在栅格板51上磁感应出并穿过多个栅格板51的U字形的切口部51a的磁通，将电弧向在多个栅格板51的U字形的切口部51a处形成的空间的深处(图3中电源侧端子24的方向)进行磁驱动。另外，利用由于电弧的高热而从绝缘部件55产生的消弧性气体的压力梯度，将电弧向消弧板51侧驱动。之后，移动至消弧板51侧的电弧被多个栅格板51截断成短的电弧，由于通过该截断而得到的阴极下降电压，电弧电压上升。该电弧电压变得高于电源电压，从而电弧消除，断路完毕。
另一方面，在直流的通电电流为小电流区域(例如，额定电流小于或等于100A)的情况下，由于因电弧引起的磁驱动力以及因消弧性气体的压力梯度引起的气体驱动力较弱，因此不能进行断路，电弧在两个触点21、22间的空间试图持续流动。另一方面，在实施方式1中，将树脂制的绝缘体54配置在多个栅格板51以及最上部的栅格板52之间，以利用由于电弧与树脂接触而产生的冷却气体引起的电弧电压上升。为了在早期对在两个触点21和22之间产生的电弧进行消弧，其形状为使栅格板51的侧脚部51b的侧面51c露出以易于与电弧接触。由此，成为利用由于电弧与栅格板51、52接触而产生的阴极下降电压，而使电弧电压上升的结构。
此外，在栅格板51、52之间，绝缘体54在栅格板的层叠方向上无间隙地配置，因此无需减少栅格板51、52的数量，能够确保必要的栅格板51、52的数量，成为使电弧电压上升的结构。更进一步，能够避免如下情况，即，如果在栅格板51、52和绝缘体54之间存在间隙，则气体向电源侧端子24的方向散出而不能充分期待压力上升。通过使气体压力升高并缩小电弧的直径，从而使电弧阻抗上升，易于减小电流而进行断路。下面对绝缘体54的弯曲部54b的作用进行说明。图8是说明电弧的磁驱动的图，(a)是不具有绝缘体54的弯曲部54b的情况，(b)是具有绝缘体54的弯曲部54b的情况。如果设为在绝缘体54中没有弯曲部54b，则如图8(a)所示，有时电弧56与栅格板51的侧脚部51b的前端面51d接触。这样一来，在电弧56的周围产生的磁通变为56a那样，成为仅经过单侧的侧脚部51b的磁通。因此无法将电弧56向栅格板51的深处(纸面上左侧)驱动，而停留在侧脚部51b的前端面51d的附近。
另一方面，如果利用弯曲部54b覆盖侧脚部51b的前端面51d，则电弧被从弯曲部54b产生的气体驱动，而向侧脚部51b的侧面51c侧驱动。这样一来，如图8(b)所示，在电弧56的周围产生的磁通变为56b那样，能够利用经过两侧的侧脚部51b的磁通而将电弧56向栅格板51的深处(纸面上左侧，箭头A的方向)驱动。
下面，说明将电路断路装置102接在直流电路中的情况下的直流电源60以及负载61的连接。如示出实施方式1、2的外部接线图的图10那样，在电路断路装置102是2极结构的情况下，只要将直流电源60与电源侧端子24a、24b连接，将负载61与负载侧端子25a、25b连接，而进行串联连接即可。另外，在图10中，将直流电源60的正极侧与电源侧端子24a连接，将直流电源60的负极侧与电源侧端子24b连接，但反过来也可以。
根据实施方式1，在消弧装置的栅格板之间，在栅格板的层叠方向上无间隙地配置树脂制的绝缘体，在所述绝缘体上形成与栅格板的U字形的切口部相对的U字形的切口部，并且形成为所述栅格板的侧脚部中的靠所述栅格板的切口部侧的侧面露出，因此无需使用磁铁，就能够提高电弧驱动力较小的小电流区域的电弧电压，能够对高电压直流电路进行断路。
此外，由于在绝缘体上设置弯曲部54b而覆盖栅格板的侧脚部的前端面，因此能够有效地将电弧向栅格板的深处驱动，能够提高电弧驱动力较小的小电流区域的电弧电压，能够对高电压直流电路进行断路。此外，绝缘体54的弯曲部54b能够在将绝缘体54插入至栅格板之间时进行绝缘体54的定位，从而装配作业变容易。
实施方式2
图9是示出实施方式2的绝缘体的放大图，(a)是主视图，(b)是其侧视图。为了使在特大电流断路时(超过数kA的电流)产生的熔融物向外部排出，绝缘体54由将实施方式1中设置的连接部54a去掉而得到的绝缘体54构成。即，将绝缘体54的切口部54a延长而对电弧进行引导的切口通路54d形成为到达绝缘体54的与可动接触件相反侧，使在切断电弧电流时产生的熔融物、压力排出。由此能够得到满足特大电流区域、大电流区域、小电流区域所有区域的性能的直流电路用电路断路器。
实施方式3
图11是示出实施方式3的3极直流电路用电路断路装置的外部接线图。图10是2极直流电路用电路断路装置的例子，在实施方式3中，使用3个与实施方式1、2相同的电路断路单元20构成3极电路断路装置103。另外，对于电路断路单元20，由于与实施方式1、2相同，因此省略说明。
如图11所示，使直流电路60的正极侧/负极侧与电源侧端子24a连接，使直流电路60的负极侧/正极侧与电源侧端子24c连接，此外，负载侧端子25a和电源侧端子24b相连接。对于负载61，使正极侧/负极侧与负载侧端子25b连接，使负极侧/正极侧与负载侧端子25c连接。另外，在使用于3线式交流电路的情况下，只要使电源与各电源侧端子24a、24b、24c连接，使负载与各负载侧端子25a、25b、25c连接即可。如电路断路装置103所示，利用形成为3断式的串联配线，能够应用于更高电压的直流电路。
实施方式4
图12是示出实施方式4的4极直流电路用电路断路装置的外部接线图。在实施方式4中，使用4个与实施方式1、2相同的电路断路单元20构成4极电路断路装置104。另外，对于电路断路单元20，由于与实施方式1、2相同，因此省略说明。
如图12所示，使直流电路60的正极侧/负极侧与电源侧端子24a连接，使直流电路60的负极侧/正极侧与电源侧端子24d连接，此外，负载侧端子25a和电源侧端子24b相连接，负载侧端子25d和电源侧端子24c相连接。对于负载61，使正极侧/负极侧与负载侧端子25b连接，使负极侧/正极侧与负载侧端子25c连接。另外，在使用于3相4线式交流电路的情况下，分别使电源与各电源侧端子24连接，使负载与各负载侧端子25连接。在将电路断路装置104应用于直流电路的情况下，如图12所示，通过成为4断式的串联配线，能够应用于更高电压的直流电路。
另外，本发明能够在其发明的范围内，对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地变形、省略。

Claims (6)

1.一种直流电路用电路断路器，其具有：框体的基座；外部端子，其在该基座上隔开间隔配置；固定接触件，其与所述外部端子的一方连接，且具有固定触点；可动接触件，其具有与所述固定触点接触/分离的可动触点，且与所述外部端子的另一方连接；以及消弧装置，其设置在所述两个触点以及所述固定接触件的附近，该消弧装置构成为层叠有多个栅格板，且对在所述两个触点之间产生的电弧进行消弧，
在所述栅格板上，在所述可动接触件侧形成有U字形的切口部和所述切口部的两侧的侧脚部，
该直流电路用电路断路器的特征在于，
在所述消弧装置的栅格板之间，在所述栅格板的层叠方向上无间隙地配置树脂制的绝缘体，在所述绝缘体上形成与所述栅格板的U字形的切口部相对的U字形的切口部，并且形成为所述栅格板的侧脚部中的靠所述栅格板的切口部侧的侧面露出。
2.根据权利要求1所述的直流电路用电路断路器，其特征在于，
在配置于所述消弧装置的栅格板之间的绝缘体上，形成有覆盖所述栅格板的侧脚部的前端面的弯曲部。
3.根据权利要求1或2所述的直流电路用电路断路器，其特征在于，
在配置于所述消弧装置的栅格板之间的绝缘体上，在所述绝缘体的切口部的与可动接触件相反侧，形成有使所述绝缘体的切口部延长并对电弧进行引导的切口通路。
4.根据权利要求3所述的直流电路用电路断路器，其中，
使所述绝缘体的切口部延长并对电弧进行引导的切口通路形成为到达至所述绝缘体的与可动接触件相反侧，将在切断电弧电流时产生的熔融物、压力排出。
5.一种直流电路用电路断路装置，其构成为，
将权利要求1至4中任一项所述的直流电路用电路断路器设置3极，将这些直流电路用电路断路器串联配线而能够对电路电压进行断路。
6.一种直流电路用电路断路装置，其构成为，
将权利要求1至4中任一项所述的直流电路用电路断路器设置4极，将这些直流电路用电路断路器串联配线而能够对电路电压进行断路。
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