JP2001195965A

JP2001195965A - 回路遮断器

Info

Publication number: JP2001195965A
Application number: JP2000001241A
Authority: JP
Inventors: Hideo Horibe; 英夫堀邊; Toshiyuki Sugano; 俊行菅野; Sho Yamada; 祥山田; Takao Mihashi; 孝夫三橋; Mitsuru Tsukima; 満月間; Masahiro Fushimi; 征浩伏見; Kazunori Fukutani; 和則福谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、新たな絶縁材料を設置すること
なく、また、簡便に大電流遮断後の絶縁性能の劣化を効
果的に抑制でき、かつ安全性の高い回路遮断器を得るこ
とを目的とする。【解決手段】この発明にかかわる回路遮断器は、固定
接触子４、可動接触子１、開閉機構部７、アークを消弧
する絶縁材が設けられた消弧装置６を収納する筐体１６
を備えた回路遮断器において、筐体１６の内面、消弧装
置の絶縁材表面を粗面処理した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回路遮断器に関
するもので、回路遮断後の筐体内部の絶縁性能劣化を抑
制できる構造の回路遮断器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１および図２は、例えば、実開昭６３
−４４３５４号公報に示された従来の回路遮断器の断面
図であり、図１は回路遮断器のオン状態、図２は回路遮
断器のオフ状態を示す。また、図３は、図１および図２
には示していない消弧部（細隙材）を示す側面図（ａ）
および平面図（ｂ）である。図において、１は銅などの
導体からなる可動接触子、２は可動接触子１の一端に固
着された可動接点、３は可動接点２と接離する固定接
点、４は固定接点３が固着された銅などの導体からなる
固定接触子、５は固定接触子４の他端部に構成された電
源側の端子部であり、外部電源から配線が接続される。
６は消弧装置であり互いに空隙を介して積層配列され、
可動接点２と固定接点３の間に発生したアークを冷却、
消弧する磁性体の金属からなる複数の消弧板（グリッ
ド）６ａと、グリッド６ａを両側で保持する消弧側板６
ｂと、図３に示した消弧部（細隙材）６ｃで構成され、
消弧部６ｃおよび消弧側板６ｂは絶縁材料からなる。消
弧部６ｃは可動接点２および固定接点３の間に設けてお
り、固定接点３を露出させ、アークに曝される固定接触
子３の全面を覆うように設けられている。７は可動接触
子１を回動し、開閉駆動する開閉機構部、８はこの開閉
機構部７を手動で操作するためのハンドル、９は引き外
し装置、１０は負荷側の端子部である。１１はカバー、
１２はベースで、上記の部品を収納・固定し、筐体１６
の一部を構成している。１３は端子部５を筐体１６内と
隔離するエンドプレートであり、アークによるホットガ
スを排出する排気孔１３ａを有し、ベース１２に設けら
れたガイド溝１２ａに挿入装着されている。１４はアー
クを端子部５の方向へ走行させるアークランナである。

【０００３】次に動作について説明する。図１におい
て、ハンドル８を操作すると、開閉機構部７が動作して
可動接触子１が回動し、可動接点２と固定接点３とが接
触開離する。端子部５を電源に、端子部１０を負荷に接
続し、接点を接触させることにより電力が電源から負荷
に供給される。この状態で、通電の信頼性を確保するた
めに可動接点２は固定接点３に規定の接触圧力で押さえ
つけられている。ここで、負荷側に過電流が流れると、
過電流を引き外し装置９で検出し、図２に示すように両
接点２，３の間にアーク１５が発生する。

【０００４】しかし、短絡事故などが起こり回路に大き
な過電流が流れると、両接点２，３間の接触面における
電磁反発力が非常に強くなり、上記の可動接点２に加わ
っている接触圧力に打ち勝つために、可動接触子１は引
き外し装置９および開閉機構部７の動作を待たずに回動
し、接点２，３の開離がおこる。アーク電圧は、固定接
点３から可動接点２までの開離距離が増大するに従って
上昇し、また、同時にアーク１５が消弧装置６の方向へ
磁気力によって引き付けられ伸長するために、更に上昇
する。このようにして、アーク電流は電流零点を迎えて
アーク１５を消弧し、遮断が完了する。このような遮断
動作中において、可動接点２と固定接点３との間には、
アーク１５によって短時間、すなわち数ミリ秒のうちに
大量のエネルギが発生する。そのため、カバー１１、ベ
ース１２およびエンドプレート１３で構成される筐体１
６内の気体の温度及び圧力は急激に上昇する。この高温
高圧の気体（以下、アークガスという）は排気孔１３ａ
から大気中へ放出されるが、その際、筐体１６の内面は
アークガスに暴露される。

【０００５】特開平９−８２２０４号公報には、隣接す
る極の間を仕切る隔壁（筐体の一部）に形成された連通
孔の内周に、絶縁材料製発泡材で形成された粗面部材を
設置し、大電流遮断後の極間の絶縁性能の劣化を抑制す
る回路遮断器が記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】短絡電流などの大電流
を遮断する場合、上述したアークによる大量のエネルギ
が導電部材である可動接触子、固定接触子、接点あるい
は消弧板（グリッド）などの金属を溶融し、かつカバ
ー、ベースあるいは消弧側板などの樹脂を分解する。し
かも、アークの発生と同時に回路遮断器の筐体内部の圧
力は急激に上昇するため、上記溶融した金属の蒸気およ
び樹脂から発生する遊離炭素は筐体内部の各部、細部に
いたるまで拡散して蒸着、付着、堆積されるので、回路
遮断器内部の絶縁抵抗は大幅に低下する。この絶縁抵抗
の低下は、通常の電流値の開閉であれば僅かで絶縁性に
対する影響は少ないが、遮断する電流値が増大するに従
って、また、遮断回数が多くなるほど顕著になる。

【０００７】上記のように、特開平９−８２２０４号公
報では、隣接する極の間を仕切る隔壁（筐体の一部）に
形成された連通孔の内周に、絶縁材料製発泡材で形成さ
れた粗面部材を設置し、大電流遮断後の極間の絶縁性能
の劣化を抑制しているが、新たに絶縁材料製発泡材を設
置する必要があり、また、設置する場所には位置的な制
限があるため適用範囲は限られ、効果も少ない。

【０００８】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、新たな絶縁材料を設置するこ
となく、また、簡便に大電流遮断後の絶縁性能の劣化を
効果的に抑制でき、かつ安全性の高い回路遮断器を得る
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の回路
遮断器は、導体に固定接点が固着された固定接触子と、
上記固定接点と接離する可動接点が固着された可動接触
子と、この可動接触子を回動させる開閉機構部と、上記
固定接点と可動接点とが接離するときに発生するアーク
を消弧する絶縁材が設けられた消弧装置とを収納する筐
体を備えた回路遮断器において、上記筐体の内面が粗面
処理されているものである。

【００１０】本発明に係る第２の回路遮断器は、上記第
１の回路遮断器において、消弧装置の絶縁材表面が粗面
処理されているものである。

【００１１】本発明に係る第３の回路遮断器は、上記第
１の回路遮断器において、可動接点の接離位置と開閉機
構部との間に絶縁材からなるバリアが設けられ、このバ
リア表面が粗面処理されているものである。

【００１２】本発明に係る第４の回路遮断器は、上記第
１ないし第３のいずれかの回路遮断器において、粗面処
理による表面粗さＲｍａｘが、２μｍ〜１００μｍであ
るものである。

【００１３】本発明に係る第５の回路遮断器は、上記第
１ないし第３のいずれかの回路遮断器において、物理的
な方法で粗面処理されているものである。

【００１４】本発明に係る第６の回路遮断器は、上記第
５の回路遮断器において、物理的な方法は、紙鑢、砥石
またはブラストによるものである。

【００１５】本発明に係る第７の回路遮断器は、上記第
１ないし第３のいずれかの回路遮断器において、物理的
な方法は、粒子を付着させるものである。

【００１６】本発明に係る第８の回路遮断器は、上記第
１ないし第３のいずれかの回路遮断器において、化学的
な方法で粗面処理されているものである。

【００１７】本発明に係る第９の回路遮断器は、上記第
１ないし第３のいずれかの回路遮断器において、金型に
凹凸を設け、この金型を用いて成形することにより粗面
処理されているものである。

【００１８】本発明に係る第１０の回路遮断器は、上記
第９の回路遮断器において、金型を用いて成形した後、
物理的な方法または化学的な方法でさらに粗面処理され
ているものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る回路遮断器
の実施の形態を、図１ないし図４に基づいて説明する。
本発明に係わる回路遮断器は、既に説明した図１ないし
図３の主要部品の構成において、ベース１２、エンドプ
レート１３、カバー１１などで構成される筐体１６のア
ークガスに暴露される内面を粗面化するものである。

【００２０】図４は、本発明の実施の形態における作用
を説明する断面図である。図４（ａ）に示したように、
アークガス中に含まれる構造部材から発生した金属蒸気
および樹脂から発生した遊離炭素は筐体１６の内面に蒸
着、付着してある程度堆積すると、この堆積物が電気的
な導通経路を形成し、筐体１６の絶縁抵抗を劣化させ、
図１に示した電源側の端子部５と負荷側の端子部１０の
間のリーク電流、あるいは極（Ｌ、Ｃ、Ｒ）間のリーク
電流が発生する。一方、図４（ｂ）に示したように、筐
体１６のアークガスに暴露される内面を粗面化すること
によって、アークガス中の金属蒸気および遊離炭素の一
部は粗面化した凹部に入り込むが、堆積物による電気的
な導電経路はこの凹部で寸断され、筐体１６の絶縁性の
劣化が抑制される。

【００２１】筐体１６内面の全面を粗面化するのが望ま
しいが、特に、アークガスに暴露されるカバー１１、ベ
ース１２を粗面化することによって大きな効果が得られ
る。また、図３に示した消弧部（細隙材）６ｃ、図１に
示したエンドプレート１３を粗面化するのが効果的であ
る。

【００２２】粗面化した凹部で堆積物による電気的な導
電経路を寸断するためには、筐体１６の表面粗さＲｍａ
ｘを２μｍ〜１００μｍとするのが効果的である。

【００２３】粗面化する方法としては、物理的な方法、
あるいは化学的な方法のいずれでもよい。物理的な方法
は、簡便に所望の表面粗さに調整することができる。ま
た、化学的な方法は、化学薬品に浸漬するなどにより大
量に短時間で粗面処理することができる。

【００２４】物理的な方法として、例えば、筐体１６等
の絶縁部材を成形した後、所望の粗さの紙鑢あるいは砥
石を用いる方法、ブラストによる方法などを適用するこ
とができる。また、筐体１６を成形した後、ガラス粒子
等、所定粒径の無機物を吹き付ける、あるいは塗布する
等の方法によって付着させてもよい。

【００２５】また、筐体１６等の絶縁部材を射出成形等
によって成形するときに、予め金型に所望の凹凸を設
け、この凹凸を筐体表面に転写する方法を用いることに
よって、樹脂成形と同時に粗面処理をすることができ
る。

【００２６】また、金型の凹凸を転写した後、さらに、
紙鑢、ミニター、ブラストなど物理的な方法、または化
学的な方法で細かな凹凸を設けることによって絶縁性劣
化を抑制する効果が確実になる。

【００２７】また、金型に凹凸を設ける方法は、マスク
を用いてエッチング加工する、あるいは紙鑢、ミニタ
ー、ブラストなどを用いて加工する方法が適用できる。

【００２８】化学的な方法としては、例えば、筐体１６
を成形した後、アルカリ水溶液、酸水溶液に浸漬し、洗
浄し、乾燥する方法を適用することができる。

【００２９】

【実施例】以下に、本発明の実施例と比較例によって、
本発明の効果を示す。実施例１〜１３．２種類の樹脂成形物（試料）につい
て、その試料の表面粗さ（Ｒｍａｘで示す）を種々の方
法で変え、粗さを変えた試料の絶縁性に関する試験を行
った。図５は、この絶縁性試験に用いた装置を示す断面
図（ａ）と側面図（ｂ）で、図において、１８は試験容
器、１９は対向電極、２０は樹脂成形物、２１は試料台
である。試験は、３００Ｖ、２０ＫＡの過電流が流れる
電気回路で行なった。対向電極１９にはＡｇ６０ｗｔ％
−ＷＣ４０ｗｔ％の組成の材料を使用した。樹脂組成物
（試料）２０は不飽和ポリエステル（ＰＥ）に炭酸カル
シウム（ＣａＣＯ₃）を４０ｗｔ％充填したものと、ポ
リアミド６６（ＰＡ）にガラスファイバ（ＧＦ）を３０
ｗｔ％充填したものを使用した。

【００３０】実施例１は＃１５００の紙鑢、実施例２は
＃５００の紙鑢、実施例３は＃１００の紙鑢により粗面
処理を行い、表面粗さ２μｍ、５μｍ、１０μｍの試料
を作製した。

【００３１】実施例４は、ミニター（ＮＡＫＡＮＩＳＩ
ＩＮＣ．製、型名ＮＣＬ−３５ＳＨ−ＫＴ）による粗
面処理を行い、表面粗さ１０μｍの試料を作製した。ミ
ニターは砥石状の工具をモータで回転させ、この工具を
対象物に押し当てて対象物の粗面処理を行うものであ
る。

【００３２】実施例５は、化学薬品で粗面処理を行った
ものである。不飽和ポリエステルに炭酸カルシウムを４
０ｗｔ％充填した試料は、８０℃の水酸化ナトリウム水
溶液に５時間浸漬した後、水洗し、乾燥した。ＰＡ６６
にＧＦを３０ｗｔ％充填した試料は、室温のギ酸に５時
間浸漬した後、水洗し、乾燥した。得られた各試料の表
面粗さは１０μｍであった。

【００３３】実施例６は、平均粒径が１００μｍのガラ
スビーズを分散した溶液を各試料表面にコーティングし
た後、乾燥したものである。

【００３４】実施例７および８は、サンドブラストによ
り粗面処理したものであり、表面粗さは実施例７では１
０μｍ、実施例８では１００μｍであった。

【００３５】実施例９は、金型を予めサンドブラストに
よって表面粗さ１０μｍに粗面処理を行い、この金型を
用いて樹脂の成形加工を行って表面粗さ１０μｍとした
ものである。

【００３６】実施例１０は、金型表面にエッチングマス
クを形成し、金型を予めエッチングによって表面粗さ１
００μｍに粗面処理し、この金型を用いて樹脂の成形加
工を行って表面粗さ１００μｍの試料を得たものであ
り、実施例１１は、この表面粗さ１００μｍの試料表面
をさらに＃１００の紙鑢で粗面処理（表面粗さ１０μ
ｍ）を行ったものである。

【００３７】実施例１２は紙鑢で表面粗さ１．５μｍに
粗面処理したもの、実施例１３は金型表面にエッチング
マスクを形成し、金型を予めエッチングによって表面粗
さ２００μｍに粗面処理し、この金型を用いて樹脂の成
形加工を行って表面粗さ２００μｍとしたものである。
比較例１は、粗面処理を施していないもの（表面粗さ
０．２μｍ）である。

【００３８】表１は、上記実施例１ないし１３、および
比較例１の試料について図４に示した装置を用いて絶縁
性試験を行った結果を示している。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１から明らかなように、実施例１ないし
１１の絶縁性試験後の抵抗値は、比較例１の粗面処理を
行っていないものより格段に大きな値となった。また、
実施例１２の表面粗さが１．５μｍと小さい場合、ある
いは実施例１３のように表面粗さが２００μｍと大きな
場合は絶縁抵抗の低下を抑制する効果は小さいが、実施
例１ないし１１のように表面粗さを２μｍ〜１００μｍ
の範囲にすることによって顕著な効果が得られる。

【００４１】実施例１４．本実施例は実際の回路遮断器
に、粗面処理した絶縁部品を組み込んで試験したもので
ある。試験に用いた実機は２２５ＡＦ級の回路遮断器で
ある。図１に示したベース１２には不飽和ポリエステル
に炭酸カルシウムを４０ｗｔ％充填した樹脂を使用し、
カバー１１にはＰＡ６６にＧＦを３０ｗｔ％充填した樹
脂を使用して成形し、上記実施例４で用いたミニターで
粗面処理を行い、表面粗さを１０μｍとした。比較のた
めに粗面処理を施していない成形品についても同一の実
機試験を行った（比較例２）。

【００４２】試験の条件は、４６０Ｖ、５０ＫＡで１回
遮断した後と２回遮断した後それぞれにおいて、回路遮
断器がオフ状態で電源と負荷の間の３極（Ｌ極、Ｃ極、
Ｒ極）の抵抗値を測定した。表２に、この実機試験の結
果を示す。

【００４３】

【表２】

【００４４】表２に示されているように、粗面処理を行
った本実施例１４では、粗面処理を行っていない比較例
２に比べ、１回遮断後において高い抵抗値が得られ、粗
面処理の効果が確認された。２回遮断後においては、改
善のレベルは低いが、本実施例１４は比較例２よりも高
い抵抗値が得られた。

【００４５】

【発明の効果】本発明に係る第１の回路遮断器によれ
ば、導体に固定接点が固着された固定接触子と、上記固
定接点と接離する可動接点が固着された可動接触子と、
この可動接触子を回動させる開閉機構部と、上記固定接
点と可動接点とが接離するときに発生するアークを消弧
する絶縁材が設けられた消弧装置とを収納する筐体を備
えた回路遮断器において、上記筐体の内面が粗面処理さ
れているので、アークガス中の金属蒸気および遊離炭素
が筐体内表面に堆積した堆積物による電気的な導電経路
は粗面処理された凹部で寸断され、筐体の絶縁性の劣化
が抑制される。

【００４６】本発明に係る第２の回路遮断器によれば、
消弧装置の絶縁材表面が粗面処理されているので、アー
クガス中の金属蒸気および遊離炭素が消弧装置の絶縁材
料表面に堆積した堆積物による電気的な導電経路は粗面
処理された凹部で寸断され、絶縁材料の絶縁性の劣化が
抑制される。

【００４７】本発明に係る第３の回路遮断器によれば、
可動接点の接離位置と開閉機構部との間に絶縁材からな
るバリアが設けられ、このバリア表面が粗面処理されて
いるので、アークガスが開閉機構部へ吹き付けられるの
を止めるとともに、アークガス中の金属蒸気および遊離
炭素がバリア表面に堆積した堆積物による電気的な導電
経路は粗面処理された凹部で寸断され、バリア表面の絶
縁性の劣化が抑制される。

【００４８】本発明に係る第４の回路遮断器によれば、
粗面処理による表面粗さＲｍａｘが、２μｍ〜１００μ
ｍであることによって、絶縁性劣化を抑制する効果が顕
著になる。

【００４９】本発明に係る第５、第６および第７の回路
遮断器によれば、物理的な方法で粗面処理されているも
のであり、容易に表面粗さを調整することができる。

【００５０】本発明に係る第８の回路遮断器によれば、
化学的な方法で粗面処理されているものであり、成形さ
れた絶縁材料を化学薬品に浸漬することによって大量に
短時間で粗面処理することができる。

【００５１】本発明に係る第９の回路遮断器によれば、
金型に凹凸を設け、この金型を用いて成形することによ
り粗面処理されているものであるので、絶縁材料の成形
と同時に粗面処理をすることができる。

【００５２】本発明に係る第１０の回路遮断器によれ
ば、金型を用いて成形した後、物理的な方法または化学
的な方法でさらに粗面処理されているものであるので、
表面粗さが２段階になり、絶縁性能劣化をより確実に抑
制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】回路遮断器のオン状態を示す断面図である。

【図２】回路遮断器のオフ状態を示す断面図である。

【図３】消弧部（細隙材）を示す、側面図（ａ）およ
び平面図（ｂ）である。

【図４】粗面処理による絶縁性能向上のメカニズムを
模式的に説明する断面図である。

【図５】樹脂成形物の絶縁性評価に用いた装置を示
す、断面図（ａ）および側面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１可動接触子、２可動接点、３固定接点、４固
定接触子、５，１０端子部、６消孤装置、６ａ消
孤板（グリッド）、６ｂ消孤側板、６ｃ消弧部（細
隙材）、７開閉機構部、８ハンドル、９引き外し
装置、１１カバー、１２ベース、１２ａガイド
溝、１３エンドプレート、１３ａ排気孔、１４ア
ークランナ、１５アーク、１６筐体、１８試験容
器、１９対向電極、２０樹脂成形物、２１試料
台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田祥東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者三橋孝夫東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者月間満東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者伏見征浩東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者福谷和則東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5G030 BA00 XX00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導体に固定接点が固着された固定接触子
と、上記固定接点と接離する可動接点が固着された可動
接触子と、この可動接触子を回動させる開閉機構部と、
上記固定接点と可動接点とが接離するときに発生するア
ークを消弧する絶縁材が設けられた消弧装置とを収納す
る筐体を備えた回路遮断器において、上記筐体の内面が
粗面処理されていることを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】消弧装置の絶縁材表面が粗面処理されて
いることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
【請求項３】可動接点の接離位置と開閉機構部との間
に絶縁材からなるバリアが設けられ、このバリア表面が
粗面処理されていることを特徴とする請求項１記載の回
路遮断器。
【請求項４】粗面処理による表面粗さＲｍａｘが、２
μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれかに記載の回路遮断器。
【請求項５】物理的な方法で粗面処理されていること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回路
遮断器。
【請求項６】物理的な方法は、紙鑢、砥石またはブラ
ストによるものであることを特徴とする請求項５記載の
回路遮断器。
【請求項７】物理的な方法は、粒子を付着させるもの
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
記載の回路遮断器。
【請求項８】化学的な方法で粗面処理されていること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の回路
遮断器。
【請求項９】金型に凹凸を設け、この金型を用いて成
形することにより粗面処理されていることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載の回路遮断器。
【請求項１０】金型を用いて成形した後、物理的な方
法または化学的な方法でさらに粗面処理されていること
を特徴とする請求項９記載の回路遮断器。