JP2009070601A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】アークを分断する消弧板を持つ回路遮断器に関し、電流遮断時の消弧板の消耗を抑制する。
【解決手段】分断アークをつくる消弧板を持つ回路遮断器において、消弧板の熱ガス出口となる端部に熱ガスを分岐させる熱ガス分流部材を設けた。
【効果】電磁波障害も軽減できるという効果が得られる。
【選択図】図１

Description

この発明は配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、特に消弧板に絶縁性部材からなる熱ガス分流装置を有する消弧室を備えた回路遮断器に関するものである。

近年における低圧配線用設備の大容量化、省スペース化により、配線用遮断器および漏電遮断器などは外形寸法の小形化が要求されている。小形化における課題の一つとしてあげられるのが、高温のアークに対する消弧室構成部品の耐消耗性の向上である。事故時などの異常電流の遮断時に、接点間に発生したアークを引き込んで分断し、アーク電圧を高めて遮断性能を向上させる消弧板はその中の一つであり、数千Ｋにまで達するアークが消弧板自体に発生することから、小形化による体積減少は耐消耗性確保において非常に厳しいものである。

このような要求に応えるものとして、従来、可動接点と固定接点の間に発生するアークを消弧するための遮断部に設けられた消弧板のアーク入り口側に、絶縁部材からなるアーク分割部材を配置した回路遮断器が提案されている。これにより、消弧板の切込み部に引き込まれたアークを分割してアーク径を絞り込み、アークによる電流経路を２分割し、アーク電流を電気回路的に並列に流れる状態にして消弧が早められるようにしている。従って、アーク径の絞り込みやアーク電流の分割によりアーク電圧を高めることで、操作機構部の改良や筐体強度を増すことなく遮断性能の向上を狙っている（特許文献１参照）。

特開２００６−１２５４０号公報

従来の回路遮断器においては、アーク分割部材によって消弧板中央部が広く覆われている。消弧板の消耗に関しては、消弧板の単位体積当たりにかかる熱的な負荷を軽減させる上で、アークスポットが発生する領域を広くすることも重要であるが、従来の発明では消弧板の露出面積が制限されているため、アークスポットの領域が狭くなり耐消耗性は低下してしまう可能性がある。さらには、遮断時には隣相を通過する電流の電磁力がアークに作用するため、アークが２つに分流しない可能性があり、この場合、消弧板の半分側にアークが集中してしまい、単位体積当たりに掛かる負荷が増大して消弧板の消耗が激しくなることがある。

また、消弧板にかかる負荷を低下させるには、接点間に発生したアークに駆動力を作用させて早期に消弧板に引き込み、アーク電圧を電源電圧より高めて通過する電流を低く制限する限流性能を高めることが重要な手段の一つであるが、従来の発明では限流性能が低下する可能性がある。つまり、消弧板への引き込みにおいてアークに作用する駆動力は、主として、発弧時に生じて排気口方向に向かう圧力勾配（排気口から熱ガスが排気される）および消弧板の磁気吸引力などがあるが、従来の消弧板とアーク分割部材との組合せの構造ではアークが消弧板に引き込まれる際、アークの進行方向前方に絶縁部材が配置されているため、アークの熱によって絶縁物から蒸気が発生して圧力発生源となり、アークの駆動力に対して抗力となる。このため消弧板へのアーク引き込みに要する時間が長くなり、限流性能が低下して消弧板にかかる負荷が高くなることがある。

従ってこの発明の目的は、遮断性能を低下させることなく、消弧板の耐消耗性を向上させた回路遮断器を提供することである。

この発明によれば、絶縁容器と、この絶縁容器に固定された固定接触子と、開閉機構により開閉動作する可動接触子からなる遮断部と、上記遮断部に面する前縁部および上記遮断部から遠い側の後縁部を持ち、上記遮断部に発生するアークによる熱ガスの流れに直角な方向の幅を持つ多段に重ねられた複数の消弧板を有し、上記遮断部に発生するアークによる熱ガスを受け入れる消弧装置とを備えた回路遮断器において、多段に重ねられた上記消弧板の上記後縁部に設けられ、上記熱ガスの流れを上記消弧板の上記幅方向成分をもって分流させる熱ガス分流部材を備えたことを特徴とする回路遮断器が得られる。

この発明によれば、消弧板の後縁部に熱ガス分流部材を設けることで、従来例に対して消弧板の熱ガスに対する露出面積を広く取ることが可能となり、消弧板の単位体積当たりにかかる熱的な負荷を低減させることが可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による回路遮断器の遮断時の消弧室周辺部の概略断面図である。回路遮断器は、図には示していないが、異常電流を検出して遮断部２５に開極指令を出すリレー部、開極指令を受けて遮断部２５を開閉させる開閉機構などを絶縁容器１内に備えている。回路遮断器の絶縁容器１は、絶縁物からなり、相間の仕切壁２を有するベース３およびカバー４によって３相平行に区分されていて、各相に対応した消弧室５が形成されている。

各相の消弧室５には可動接点６が固着された可動接触子７と、固定接点８が固着された固定接触子９が収納されている。可動接触子７は、図には示していない可動子ホルダによってベース３に固定され、図示してない開閉機構によって開閉動作が可能となっている。固定接触子９の導体の一端は、外部の電線が接続される外部導体接続端子１０である。

消弧室５内にはまた、遮断部２５の可動接点６および固定接点８が開離したときにその間に発生するアーク１１に対向するように、消弧装置１２が設けられていて、消弧装置１２のアーク１１から見て背後にはアークガスなどのアーク１１により発生される高温の熱ガスを排出するための排気口１３が設けられている。消弧装置１２は、図１および図２から良く理解できるように、磁性体からなる消弧板１４が複数枚、適当な間隔で平行に多段に積み重ねられて配置されて、消弧板１４の両側面に配置されてベース３に固着された消弧板側板１５によって支持されたものである。

開離した接点６、８間のアーク１１による熱ガスの流れは、図１に矢印Ａで示すように、アーク領域から消弧装置１２を図１で左から右に通り抜けて消弧板１４により分断され冷却された後、バリア部材１６を通って排気口１３から外部に排出される。従って、消弧板１４には熱ガスの流れから見て、流れの方向に関連して前縁部１７と後縁部１８とがあることになり、前縁部１７と後縁部１８との間の長さ寸法Ｌ１４と、消弧板１４の側縁１９間の距離であり、熱ガスの流れの方向に直角で消弧板１４の主面に平行な幅寸法Ｗ１４とを持っている。消弧板１４には底部２２を持つ切り込み２１が形成されている。

消弧装置１２は更に、図１および図２に示す如く、アーク１１による熱ガスの流れの方向（矢印Ａ）について見て、多段に積み重ねられた全ての消弧板１４の後縁部１８で、消弧板１４の幅寸法Ｗ１４のほぼ中央部に設けられて、熱ガスを図２の矢印Ａで示すように消弧板１４の幅寸法Ｗ１４の方向に分流させる熱ガス分流部材２０を備えている。熱ガス分流部材２０は有機材であるのが望ましいが絶縁性樹脂でできていて、多段に積み重ねられた複数の消弧板１４を一括支持する連続した柱状の部材である。

熱ガス分流部材２０の熱ガスの流れの方向に沿った面での断面形（消弧板１４の主面と平行な平面に沿った断面形）は、熱ガスの流れを妨げずに消弧板１４の幅方向に分流させる限り、様々な選択ができ、円形、長円形、矩形、菱形、台形、三角形等の様々な形で良いが、図３に示す例では熱ガスの流れの上流側に頂辺が配置された台形である。

熱ガス分流部材２０の寸法は、消弧板１４の寸法との相対関係により、消弧が満足できるように行われるように決定されるが、熱ガスの流れの方向に見て前端と後端との間の奥行き寸法Ｌ２０は、消弧板１４の長さＬ１４よりも充分に短く、Ｌ１４−Ｌ２０が消弧に充分に大きく、かつ消弧板１４のＵ字型の切り込み２１の底部２２から熱ガス分流部材２０の前縁との間の距離Ｌ２２も充分に大きくしてある。また熱ガス分流部材２０の幅寸法Ｗ２０は消弧板１４の幅寸法Ｗ１４に対して充分に小さく熱ガスの流れを分流させるが妨げないような大きさである。

このように、回路遮断器は、絶縁容器１と、この絶縁容器１に固定された固定接触子９および開閉機構により開閉動作する可動接触子７からなる遮断部２５と、遮断部２５に面する前縁部１７および遮断部２５から遠い側の後縁部１８を持ち、遮断部２５に発生するアーク１１による熱ガスの流れ（矢印Ａ）に直角な方向の幅Ｗ１４を持つ多段に重ねられた複数の消弧板１４を有し、遮断部２５に発生するアーク１１による熱ガスを受け入れる消弧装置１２とを備えており、多段に重ねられた消弧板１４の後縁部１８にには、熱ガスの流れを消弧板１４の幅方向成分（矢印Ｂ）をもって分流させる熱ガス分流部材２０を備えたものである。

回路遮断器に異常電流が流れると、図示していないリレー部が事故電流を検知して引き外し装置が動作して機械的な操作力が可動接触子７に加わり開極動作に至るか、または、可動接触子７と固定接触子９との間の通電による電磁反発力によって、可動接触子７が開極動作に至り、可動接点６と固定接点８の間にアーク１１が発生する。開極動作にいたるまでの過程の違いは、流れる異常電流値の差によるものである。接点間に発生したアーク１１には、（１）消弧板１４を磁路とする鎖交磁束の偏歪による駆動力、（２）発弧による消弧室内の圧力勾配で接点部から消弧板１４、排気口１３方向へ熱ガスの流れが生じることによる駆動力、がそれぞれ作用する。これら駆動力がアーク１１に作用することで、アーク１１は消弧板１４の方向へ駆動され、消弧板１４に引き込まれることにより分断アークとなる。この結果、陰極降下電圧および陽極降下電圧が生じてアーク電圧が高くなり、遮断性能が高められる。

アーク１１が消弧板１４に引き込まれると、アーク１１および熱ガスは消弧板１４に広い領域で接触するので熱負荷が過大にならずに充分に冷却され、その後、消弧板１４の排気口１３側、即ち後縁部１８、に配置された熱ガス分流部材２０によって熱ガスの流れが左右方向に分岐される。消弧板１４の熱ガスに対する露出面積が広いために、単位体積圧当たりにかかる熱的な負荷は熱ガス分流部材２０が設けられていない場合とほぼ同等である。

熱ガスの流れは、図３に示すように熱ガス分流部材２０によって左右に偏ることなく矢印Ａの方向から矢印Ｂで示す方向に分岐させられ、アーク１１に対して分岐した熱ガスの流れ方向への駆動力が作用し、消弧板１４上のアークスポット２３は左右どちらかに偏るか、あるいは、図には示していないが左右両方に分散する。このように中央部のアークスポット２１が長手方向に幅の広い消弧板１４の左右方向に偏ることで、中央部の消耗が抑制されることとなる。さらには、熱ガス分流部材２０により消弧板１４自体が支持されているため、中央部の消耗が進み消弧板１４の強度低下が発生した場合の溶断を防止することが可能となる。

このような消弧装置１２を備えた回路遮断器においては、熱ガスの流れの方向で熱ガス分流部材２０の上流側に充分に大きな面積の消弧板１４が配置されるように構成されているので、消弧装置１２に侵入したアークおよび熱ガスは、充分な面積を持つ消弧板１４によって分断され、冷却された後に熱ガス分流部材２０に衝突することになる。熱ガスが熱ガス分流部材２０に衝突すると、熱ガス分流部材２０が熱ガスにとって障害物となるため、排気口１３への熱ガス抜け方向が偏ることなく左右方向に分岐されることで消弧板１４の長手方向に対して幅の広い左右端部へとアークスポット２３が広がり、消弧板１４の中央部の消耗が抑制される。

さらに、消弧板１４が消耗して強度低下が生じても、消弧板１４の中央部分が熱ガス分流部材２０により支えられているため、消弧板１４が溶断して遮断性能が低下することを防止できる。また、熱ガス分流部材２０が有機材であると、消弧装置１２に取り込んだアーク１１に対して絶縁性の蒸気が混入し、アーク電圧を高めることで遮断性能を向上させることができる。また、発生圧力によるアーク径縮小効果で限流性能を高めることができる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２による回路遮断器の消弧室周辺部の概略断面図である（接点ＯＦＦ状態）。この回路遮断器の消弧装置１２においては、熱ガス分流部材２４が、多段に積み重ねられた消弧板１４の各々に整列して取り付けられ、互いに離間した多数の部材である。その他の構成は図１および２に示すものと同様である。

このように独立して消弧板１４に取り付けられた熱ガス分流部材２４は、消弧板１４間に空隙を形成しているので、熱ガス分流部材２４を構成している絶縁物の表面のアーク暴露によるメグ低下が起こっても、消弧板１４間を電気的に橋絡してしまうことがなく、遮断性能の低下を防ぐことができる。

図３に示す消弧装置１２においても、消弧板１４の後縁部１８に熱ガスの流れを左右方向に分岐させる熱ガス分流部材２４が設けられているが、消弧板１４の熱ガスに対する露出面積が広いために、単位体積当たりにかかる熱的な負荷は過大ではない。さらに、熱ガス分流部材２４を境に接点部からの熱ガスの流れが左右に偏ることなく分岐し、アーク１１に対して分岐した熱ガスの流れ方向への駆動力が作用し、アークスポット２１は左右どちらかに偏るか、あるいは、図には示していないが左右両方に分散する。このように中央部のアークスポット２１が長手方向に幅の広い消弧板１４の左右方向に偏ることで、中央部の消耗が抑制されることとなる。

本発明の実施の形態１による回路遮断器の消弧装置周辺部を示す概略断面図である。 図１の消弧装置の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本発明の実施の形態２による回路遮断器の消弧装置周辺部を示す概略断面図である。

符号の説明

１ 絶縁容器、７ 可動接触子、９ 固定接触子、１１ アーク、１２ 消弧装置、１４ 消弧板、１７ 前縁部、１８ 後縁部、２０、２４ 熱ガス分流部材、２５ 遮断部、Ｗ１４ 消弧板の幅。

Claims (5)

1. 絶縁容器と、この絶縁容器に固定された固定接触子と、開閉機構により開閉動作する可動接触子からなる遮断部と、上記遮断部に面する前縁部および上記遮断部から遠い側の後縁部を持ち、上記遮断部に発生するアークによる熱ガスの流れに直角な方向の幅を持つ多段に重ねられた複数の消弧板を有し、上記遮断部に発生するアークによる熱ガスを受け入れる消弧装置とを備えた回路遮断器において、
   多段に重ねられた上記消弧板の上記後縁部に設けられ、上記熱ガスの流れを上記消弧板の上記幅方向成分をもって分流させる熱ガス分流部材を備えたことを特徴とする回路遮断器。
2. 上記熱ガス分流部材は、上記多段に積み重ねられた消弧板を一括支持する連続した部材であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 上記熱ガス分流部材は、上記多段に積み重ねられた消弧板の各々に取り付けられ、互いに離間した多数の部材であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
4. 上記熱ガス分流部材は、絶縁性部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路遮断器。
5. 上記熱ガス分流部材は有機材であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路遮断器。

Images