JP2006120643A

JP2006120643A - モールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ

Info

Publication number: JP2006120643A
Application number: JP2005307020A
Authority: JP
Inventors: Young-Myoung Yeon; ヤン−ミョンヨン
Original assignee: LS Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2004-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2006-05-11
Also published as: KR20060035194A; US20060086693A1; MY142559A; ES2285917A1; US7186941B2; CN1770351A; CN1770351B; ES2285917B1

Abstract

【課題】アークの消弧時間を短縮し、アークの逆流現象を抑制して接点の損傷を防止することができるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリを提供する。
【解決手段】このアセンブリ２４０は、可動接触子２５２の移動を許容するための凹溝部２４１cを備え、固定接触子２５１の固定接点２５１ａ及び可動接触子２５２の可動接点２５２ａを囲むように積層されてケース２４５内に設置され、該固定接触子と可動接触子との間で発生したアークを分割する複数のグリッド２４１と、該複数のグリッドを支持する外側壁部２４２ａ、及び該外側壁部からＵ字状に折曲されて延長され、固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａに近接して設けられてアークを細く圧縮する内側壁部２４２ｂを備え、全体的にＵ字状の水平断面形状を有し、Ｕ字状の水平断面の開口が該固定接点及び可動接点の反対側を向くようにケース２４５内に設置される１対のグリッド支持板２４２とを含む。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、モールドケース回路遮断器に関し、特に、短絡事故発生時に遮断器が短絡電流を遮断する過程で発生するアークを迅速に冷却することにより、限流性能を向上させることができるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリに関する。

モールドケース回路遮断器は、短絡電流のような大電流の発生時に自動で回路を遮断して回路及び負荷を保護する電気機器である。このようなモールドケース回路遮断器は、消弧能力が高く、電流遮断時間が短いほど優れた限流性能を有すると評価される。

以下、従来の消弧器アセンブリについて添付の図４〜図７を参照して説明する。

まず、図４は、従来の消弧器アセンブリを含むモールドケース回路遮断器の構成を示す縦断面図である。図４に示すように、従来のモールドケース回路遮断器１００は、電源又は電気的負荷と接続される端子部を有する導体からなる第１の固定接触子１４１と、第１の固定接触子１４１と接触する位置又は第１の固定接触子１４１から分離される位置とに回動可能な可動接触子１４２とを備える。従来のアークを消弧するための消弧器アセンブリ１４０は、第１の固定接触子１４１と可動接触子１４２の接点部位を囲むように設置される。図４において、符号１５０は、可動接触子１４２を回動自在に支持するホルダーであり、符号１２０は、可動接触子１４２を前記接触位置又は分離位置に回動駆動させる開閉機構部（switching mechanism）である。第２の固定接触子１６０は、可動接触子１４２と電気的導体（図示せず）で接続され、一端部に電源又は電気的負荷と接続される端子部を有する。符号１７０は、第２の固定接触子１６０を介して流れる電流が短絡電流のような大電流の場合、開閉機構部１２０をトリップ位置に動作するようにトリガーするトリップ機構部（trip mechanism）である。符号１８０は、開閉機構部１２０と接続されて可動接触子１４２を前記接触位置又は分離位置に手動で移動させるためのハンドル１８０である。

次に、このようにモールドケース回路遮断器に付設される、従来の消弧器アセンブリ、ケース、第１の固定接触子、及び可動接触子の詳細構成を図５を参照して説明する。

図５は、図４の消弧器アセンブリ、これを収容するケース、第１の固定接触子、及び可動接触子を詳細に示す分解斜視図である。

消弧器アセンブリ１４３は、第１の固定接触子１４１の固定接点１４１ａと、可動接触子１４２の可動接点１４２ａとを囲むように設置される。消弧器アセンブリ１４３は、強磁性金属からなる複数のグリッド１４３ａ及び１つの最上部グリッド１４４と、電気的絶縁材料からなり、複数のグリッド１４３ａを支持するための１対の支持板１４３ｂとから構成される。

第１の固定接触子１４１は、Ｕ字状に曲がった限流型のものであって、その一端部には、固定接点１４１ａが溶接などにより付着している。第１の固定接触子１４１の固定接点１４１ａの後方位置には、アークを誘導するためのアークランナー１４１ｂが付着している。

ケース１４５は、図４に斜線で示すケース及びカバーのうち、消弧器アセンブリを収容する部分を示すもので、電気的絶縁性を有する合成樹脂材をモールディングして形成する。

次に、このように構成された従来のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリのアーク消弧動作について図６及び図７を参照して説明する。

図６は、図４の消弧器アセンブリによるアーク消弧動作を説明するための斜視図で、図７は、図６の消弧器アセンブリにおいて、アークの移動経路を示すためにアークの移動方向を示す説明図である。

固定接点１４１ａと可動接点１４２ａとが接触した通電状態で、回路に過電流や短絡電流のような異常電流が発生すると、固定接点１４１ａと可動接点１４２ａとの間で発生する電磁反発力により、可動接触子１４２が第１の固定接触子１４１から分離されるように回動することによって、回路が遮断される。

可動接触子１４２が第１の固定接触子１４１から分離されるとき、固定接点１４１ａと可動接点１４２ａとの間でアークが発生し、その発生したアークは、アークランナー１４１ｂ（図５参照）に誘導された後、図７に示すように、一部（ａ、ｂ、ｃ）は消弧器アセンブリ１４３に移動し、残り（ｄ）は固定接点１４１ａ及び可動接点１４２ａ側に逆流する。

その後、アークは、消弧器アセンブリ１４３のグリッド１４３ａにより分割及び冷却されることによって消弧される。アーク周辺の空気が加熱されて発生したアークガスは、図６の排気口１４６を介してモールドケース回路遮断器の外部に排出される。

しかしながら、このような従来のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリにおいては、アーク柱が圧縮されて細く伸張できず、積層された複数のグリッド１４３ａによる分割及び冷却だけでアークを消弧するため、消弧時間が長くなる。

また、固定接点１４１ａ及び可動接点１４２ａ側にアーク及びアーク周辺のガスが逆流して、アークが再発生したり、固定接点１４１ａ及び可動接点１４２ａを焼損させるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、アークの消弧時間を短縮し、アークの逆流現象を抑制して接点の損傷を防止することにより、限流性能を向上させることができるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリは、電気的絶縁材からなるケースと、前記ケース内に収容される固定接触子及び可動接触子と、を備えるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリにおいて、強磁性材からなり、前記可動接触子の移動を許容するための凹溝部を備え、前記固定接触子及び可動接触子のそれぞれの接点を囲むように積層されて前記ケース内に設置され、前記固定接触子と前記可動接触子との間で発生したアークを分割する複数のグリッドと、前記複数のグリッドを支持する外側壁部、及び前記外側壁部からＵ字状に折曲されて延長され、前記可動接触子及び固定接触子のそれぞれの接点に近接して設けられてアークを細く圧縮する内側壁部を備え、全体的にＵ字状の水平断面形状を有し、前記複数のグリッドを支持すると共に、前記アークが前記固定接触子及び可動接触子のそれぞれの接点側に逆流することを防止するために、前記Ｕ字状の水平断面の開口が前記それぞれの接点の反対側を向くように前記ケース内に設置される１対のグリッド支持板とを含むことを特徴とする。

本発明によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリは、発生するアークがグリッド支持板の幅が狭い２つの内側壁部の間で圧縮されて細く伸び、垂直に積層された複数のグリッド側に誘導されて分割及び冷却されることによって迅速に消弧されるという効果がある。

また、アークの接点側への逆流を遮断してアークの再発生現象を防止することができ、接点の損傷を防止することによりモールドケース回路遮断器の耐久性を向上させることができるという効果がある。

以下、本発明の一実施形態によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリについて添付の図面を参照して説明する。

図１Ａは、本発明の一実施形態によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリを示す分解斜視図で、図１Ｂは、本発明の一実施形態によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリの組立状態を示す斜視図で、図２は、図１Ａの消弧器アセンブリ、固定接触子、及び可動接触子の動作を説明するための斜視図で、図３は、図２の本発明による消弧器アセンブリにおいて、グリッド支持板により誘導されるアークの移動経路を示すためにアークの移動方向を示す説明図である。

図１Ａ〜図２を参照すると、本発明の一実施形態による消弧器アセンブリ２４０は、固定接触子２５１及び可動接触子２５２を備えるモールドケース回路遮断器に付設して使用するのに適したものである。固定接触子２５１は、可動接触子２５２の可動接点２５２ａと接触する接触面に固定接点２５１ａを備える。符号２５１ｂは、固定接点２５１ａと隣接した位置で、短絡電流のような大電流が固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａを介して流れるとき、電磁反発力により可動接触子２５２と固定接触子２５１とが分離されることによって発生するアークをグリッド２４１側に誘導するためのアークランナーである。

前記モールドケース回路遮断器は、電気的絶縁材からなり、本発明の一実施形態によるアーク消弧器アセンブリ２４０を収容するためのケース２４５を含む。

本発明の一実施形態による消弧器アセンブリ２４０は、複数のグリッド２４１を含む。グリッド２４１は、強磁性材からなり、可動接触子２５２の回動を許容するための凹溝部２４１cを備える。グリッド２４１は、Ｕ字状の水平断面を有し、固定接触子２５１と可動接触子２５２との間で発生したアークを分割するように、固定接触子２５１の固定接点２５１ａ及び可動接触子２５２の可動接点２５２ａを囲むように、垂直方向に複数積層して設置される。

本発明の一実施形態による消弧器アセンブリ２４０は、１対のグリッド支持板２４２を含む。

１対のグリッド支持板２４２は、グリッド２４１を支持する外側壁部２４２ａ、及び外側壁部２４２ａからＵ字状に折曲されて延長され、固定接触子２５１の固定接点２５１ａ、可動接触子２５２の可動接点２５２ａに近接して設けられる内側壁部２４２ｂをそれぞれ備え、全体的にほぼＵ字状の水平断面形状を有する。また、１対のグリッド支持板２４２は、各グリッド２４１を支持すると共に、前記アークが固定接触子２５１の固定接点２５１ａ及び可動接触子２５２の可動接点２５２ａ側に逆流することを防止するために、前記Ｕ字状の水平断面の開口が固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａの反対側を向くように設置される。

以下、図１Ａ及び図１Ｂを参照してより詳しく説明する。

ケース２４５は、図示するように、２つ１組であり、スクリューなどの結合手段により結合することができる。ケース２４５は、本発明による消弧器アセンブリ２４０を含み、可動接触子２５２を駆動する開閉機構部（図４の符号１２０参照）、トリップ機構部（図４の符号１７０参照）、及び他の固定接触子（図４の符号１６０参照）を共に収容するケースである。図１Ａ〜図３において、ケース２４５は、本発明による消弧器アセンブリ２４０を収容する部分のみを示し、前記スイッチングメカニズム、トリップメカニズム、及び他の固定接触子を収容する部分（図１Ａのケース２４５から左側に延長される部分）は省略した。ケース２４５は、各相（ポールともいう）別に消弧器アセンブリ２４０と１対の固定接触子及び可動接触子を内蔵し、他の相のケースとの相間電気的絶縁を行うことができる単極遮断ユニット（single pole unit）型ケースで構成することができる。例えば、３相交流用モールドケース配線用遮断器の場合、３つの単極遮断ユニット型ケースと、これら３つの単極遮断ユニット型ケースを共に収容するコンテナと、このコンテナの上部を覆うカバーとを含むことができる。ケース２４５のアーク消弧器アセンブリ２４０上側の予め定められた位置には、アークガスを排気するための排気口２４６が備えられる。

グリッド支持板２４２は、各グリッド２４１を支持するための手段であって、長さが長く、互いに対向する１対の外側壁部２４２ａを含む。また、グリッド支持板２４２は、外側壁部２４２ａと共にアークの逆流を防止するためのチャンバー２４２ｅを形成するように、外側壁部２４２ａからほぼＵ字状に折曲されて水平断面の端部が可動接触子２５２の反対側を向くように延長される１対の内側壁部２４２ｂを含む。１対の内側壁部２４２ｂは、外側壁部２４２ａより短く、対向して設置される。各外側壁部２４２ａには、各グリッド２４１と接続させるための複数の接続ホール２４２ｃが、グリッド２４１の個数に対応するように、垂直方向に予め定められた間隔をおいて設けられ、図示の実施形態では７つ設けられた。各接続ホール２４２ｃの直下部には、グリッド２４１の接続設置時、グリッド２４１の接続ホール２４２ｃに挿入される部分を案内するための案内突部２４２ｄが設けられる。

ケース２４５の排気口２４６からの前記アークガスの排気を誘導するために、グリッド支持板２４２は、上端部が開放されており、下端部は底板部２４２ｆで閉塞されている。

好ましくは、グリッド支持板２４２は、デュポン社が製造及び販売するナイロン６，６、又は主にアジアの繊維製造企業が製造及び販売するナイロン６で形成することができる。アークの温度は約１０，０００℃に達するが、アークが極めて瞬間的に消弧されるため（モールドケース回路遮断器に要求される性能上、約３ミリ秒内にアークが消滅される）、このような瞬間的なアークにより、ナイロン６，６又はナイロン６からなるグリッド支持板２４２が溶融又は弱化されることはない。本発明者は、グリッド支持板２４２の素材として、アークにより瞬間加熱時に水素ガスを放出するＰＯＭ（Poly Oxy Methylene）についても考えてみた。ＰＯＭの溶融点は１８０℃であり、ナイロン６の溶融点は２１０℃であり、ナイロン６，６の溶融点は２５０℃である。前述したように、電磁反発力を利用した限流動作時、接点周辺の温度が１２０〜１３０℃に達し、これにより、溶融点が１８０℃であるＰＯＭは、少なくとも弱化されてグリッドを支持できず崩れる可能性がある。従って、ＰＯＭはグリッド支持板２４２の素材として好ましくない。このような点で、最も好ましい素材はナイロン６，６となる。

ナイロン６，６又はナイロン６は、アークによる瞬間的加熱時、炭素のようなガスと共に水素を放出する。水素は地球上に存在する最も軽いガスであるため、瞬間的にグリッド２４１の２つのアーム部２４１ｂの間を沿って上昇して、消弧器アセンブリ２４０の上端部に位置した排気口２４６を介して排気されるため、アークの消弧の誘導に利用される。

モールドケース回路遮断器が設置された回路上で短絡電流のような大きな事故電流が発生すると、固定接触子２５１の固定接点２５１ａと可動接触子２５２の可動接点２５２ａとの間の電磁反発力により、図２に示すように、可動接触子２５２が固定接触子２５１から分離されて回動される。このとき、固定接触子２５１の固定接点２５１ａと可動接触子２５２の可動接点２５２ａとの間にはアークが発生する。図１Ｂに示すように、互いに対向する１対の内側壁部２４２ｂ間の距離ｌは、互いに対向する１対の外側壁部２４２ａ間の距離Ｌより短い。従って、内側壁部２４２ｂの間でアークが発生すると、アークは狭い１対の内側壁部２４２ｂの間で圧縮されて細く伸びる。電磁反発力により回動する可動接触子２５２により、アークも固定接触子２５１の固定接点２５１ａから垂直方向に発生し、このとき、アークの瞬間加熱により、前述したように、ナイロン６又はナイロン６，６からなる内側壁部２４２ｂは水素ガスを放出する。

従って、内側壁部２４２ｂから放出された水素ガスの圧力により、狭い１対の内側壁部２４２ｂの間でアークはさらに圧縮されて細く伸びる。水素ガス、アーク、及びアークにより加熱された周辺空気からなるアークガスは、１対の内側壁部２４２ｂ間の空間より圧力が相対的に低いグリッド２４１の２つのアーム部２４１ｂ間の空間に誘導される。このとき、強磁性材からなるグリッド２４１から抜出される磁気吸引力もアークの誘導に効果を発揮する。このように誘導されたアーク、水素ガス及びアークガスのうち、アークは積層された複数のグリッド２４１により分割及び冷却され、水素ガス及びアークガスは２つのアーム部２４１ｂ間の空間に沿って上昇して、本発明の消弧器アセンブリ２４０の上端部に位置した排気口２４６を介して排気される。

各グリッド２４１は、図１Ａに示すように、強磁性材からなる金属板であり、両側面にグリッド支持板２４２の接続ホール２４２ｃに挿入される接続凸部２４１ａが備えられ、可動接触子２５２の移動を許容するための凹溝部２４１cと、固定接触子２５１の固定接点２５１ａ及び可動接触子２５２の可動接点２５２ａを囲む２つのアーム部２４１ｂとを備える。

一方、図３に示すように、発生したアークは、グリッド支持板２４２の内側壁部２４２ｂ間の空間とグリッド２４１側空間との圧力差、及びグリッド２４１からの磁気吸引力により、グリッド２４１側に矢印ａ、ｂ、ｃのように誘導される。ここで、矢印ａはグリッド２４１の凹溝部２４１c側に誘導されるアークを示し、矢印ｂはグリッド支持板２４２の案内突部２４２ｄ側に誘導されるアークを示し、矢印ｃはグリッド２４１の２つのアーム部２４１ｂ側に誘導されて固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａ側に逆流するアークを示す。

しかしながら、図３に示すように、本発明による消弧器アセンブリ２４０においては、Ｕ字状の水平断面の開口が固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａの反対側を向くように設置されるグリッド支持板２４２を備えるため、前記逆流するアークがさらにグリッド２４１の案内突部２４２ｄ側に誘導される。従って、固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａ側に逆流するアークにより、固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａから再びアークが発生したり、固定接点２５１ａ及び可動接点２５２ａがアークにより焼損される現象を防止することができる。図３において、符号２４３ｄは、逆流するアークの方向をグリッド２４１側に転換させるための逆排気防止チャンバー２４３ｄである。

本発明の一実施形態によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリを示す分解斜視図である。本発明の一実施形態によるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリの組立状態を示す斜視図である。図１Ａの消弧器アセンブリ、固定接触子、及び可動接触子の動作を説明するための斜視図である。図２の本発明による消弧器アセンブリにおいて、グリッド支持板により誘導されるアークの移動経路を示すためにアークの移動方向を示す説明図である。従来の消弧器アセンブリを含むモールドケース回路遮断器の構成を示す縦断面図である。図４の消弧器アセンブリ、これを収容するケース、第１の固定接触子、及び可動接触子を詳細に示す分解斜視図である。図４の消弧器アセンブリによるアーク消弧動作を説明するための斜視図である。図６の消弧器アセンブリにおいて、アークの移動経路を示すためにアークの移動方向を示す説明図である。

符号の説明

２４０消弧器アセンブリ
２４１グリッド
２５１ｂアークランナー
２４３ｄ逆排気防止チャンバー
２４５ケース
２５１固定接触子
２５１ａ固定接点
２５２可動接触子
２５２ａ可動接点

Claims

電気的絶縁材からなるケースと、前記ケース内に収容される固定接触子及び可動接触子と、を備えるモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリにおいて、
強磁性材からなり、前記可動接触子の移動を許容するための凹溝部を備え、前記固定接触子及び可動接触子のそれぞれの接点を囲むように積層されて前記ケース内に設置され、前記固定接触子と前記可動接触子との間で発生したアークを分割する複数のグリッドと、
前記複数のグリッドを支持する外側壁部、及び前記外側壁部からＵ字状に折曲されて延長され、前記可動接触子及び固定接触子のそれぞれの接点に近接して設けられてアークを細く圧縮する内側壁部を備え、全体的にＵ字状の水平断面形状を有し、前記複数のグリッドを支持すると共に、前記アークが前記固定接触子及び可動接触子のそれぞれの接点側に逆流することを防止するために、前記Ｕ字状の水平断面の開口が前記それぞれの接点の反対側を向くように前記ケース内に設置される１対のグリッド支持板と、
を含むことを特徴とするモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。
前記ケースの前記アーク消弧器アセンブリ上側の予め定められた位置に、アークガスを排気するための排気口が備えられ、前記アークガスの前記排気口からの排気を誘導するために、前記グリッド支持板は、上端部が開放されており、下端部は底板部で閉塞されていることを特徴とする、請求項１に記載のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。
前記グリッド支持板が、ナイロン６，６又はナイロン６からなることを特徴とする、請求項１に記載のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。
前記グリッド支持板は、前記グリッドを支持するためのものであり、
長さが長く、互いに対向する１対の前記外側壁部と、
前記外側壁部と共に前記アークの逆流を防止するためのチャンバーを形成するように、前記外側壁部からほぼＵ字状に折曲されて水平断面の端部が前記可動接触子の反対側を向くように延長されて対向する１対の前記内側壁部と、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。
アーク発生時にアーク柱を圧縮して細く伸ばすために、前記１対の内側壁部間の距離が前記１対の外側壁部間の距離より短いことを特徴とする、請求項４に記載のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。
前記グリッドの２つのアーム部の自由端部が、前記アークの逆流を防止するためのチャンバー内に収容されることを特徴とする、請求項４に記載のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。
前記各外側壁部に、前記各グリッドと接続させるための複数の接続ホールが、前記グリッドの個数に対応するように、垂直方向に予め定められた間隔をおいて設けられ、前記各接続ホールの直下部に、前記グリッドの接続設置時、前記グリッドの前記接続ホールに挿入される部分を案内するための案内突部が設けられることを特徴とする、請求項４に記載のモールドケース回路遮断器用消弧器アセンブリ。