JP2009176442A - 開閉器 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド部材へのアークの転移を防ぐと共に、消弧性能の低下を防ぎ、地絡の発生を防止した開閉器を得る。
【解決手段】筒状の固定アーク電極２と、この固定アーク電極のまわりに配設された固定主電極３と、これら固定アーク電極及び固定主電極に対して接離する可動電極４と、上記固定主電極のまわりを包囲し上記可動電極側の端部に開口部を有するシールド部材５と、このシールド部材及び上記固定主電極の間に介装されシールド部材の内周面との間に上記固定アーク電極の中空部に連通する通路６を形成すると共に、先端部が上記シールド部材の開口部５ａ近傍に伸び、開極時のアークによって発生したガスを上記通路を経由して上記シールド部材の開口部に吹き付けるように形成されたガイド部材７を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば小電流の遮断を行う機能をもつ断路器などとして好ましく用いることができる開閉器に関する。

従来の開閉器として、消弧流体を充填した固定室内に、接離自在な一対の接触子と、この一対の接触子の対向電極間を包囲し、開極時上記接触子間に発生するアークにより昇圧される消弧流体を収納するとともにその消弧流体を上記アークに吹き付ける昇圧室と、この昇圧室に隣接したシリンダー室とを設け、上記シリンダー室にはばねにより弾性的に保持されるとともに上記昇圧室とシリンダー室とを区画するピストンを設け、このピストンが上記昇圧室の圧力とばねの圧力との圧力差によって動作するようにしたものがある（例えば特許文献１参照。）。

特開昭５９−３３７２５号公報（第２頁、第２図〜第３図）

上記のような従来の開閉器においては、特にアークの移動を制限する手段が設けられていないため、固定主電極（固定接触子）のまわりに電界緩和用のシールド部材が設けられているものでは、小電流を遮断しアークが点弧しているときにアークの自然な動きによりシールド部材にアークが転移する恐れがあった。シールド部材にアークが転移すると消弧性能が著しく低下し、場合によっては地絡などが発生する恐れもある。さらに永久磁石やコイルなどを用いてアークを駆動し消弧性能を高めたいわゆる磁気駆動方式を用いている場合には、さらにシールド部材に転移する可能性が高い。また、一般にシールド部材は耐弧性能が接点ほどに高くないためアークが転移するとシールドの損傷が激しいという課題もあった。

この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、シールド部材へのアークの転移を防ぐと共に、消弧性能の低下を防ぎ、地絡の発生を防止した開閉器を得ることを目的としている。

この発明に係る開閉器は、筒状の固定アーク電極と、この固定アーク電極のまわりに配設された固定主電極と、これら固定アーク電極及び固定主電極に対して接離する可動電極と、上記固定主電極のまわりを包囲し上記可動電極側の端部に開口部を有するシールド部材と、このシールド部材及び上記固定主電極の間に介装され該シールド部材の内周面との間に上記固定アーク電極の中空部に連通する通路を形成すると共に、上記可動電極側の先端部が上記シールド部材の開口部近傍に伸びて、開極時のアークによって発生したガスを上記通路を経由して上記シールド部材の開口部に吹き付けるように形成されたガイド部材と、を備えるようにしたものである。

この発明においては、シールド部材の内周面との間に固定アーク電極の中空部に連通する通路を形成すると共に、可動電極側の先端部がシールド部材の開口部近傍に伸びて形成されたガイド部材によって、開極時のアークにより発生したガスを上記通路を経由して上記シールド部材の開口部に吹き付けるようにしたことにより、アークのシールド部材への転移が防止され、従ってシールド部材の損傷を防ぐと共に、消弧性能の低下を防ぎ、地絡の発生が防止される。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による開閉器としての断路器の消弧室部分を示す要部断面図である。なお、この実施の形態１では、ループ電流開閉責務という例えば１〜８ｋＡ程度の通電電流を遮断する責務を有し、開極による電流遮断時には電極間にアークが発生する断路器の場合について説明する。断路器１の消弧室は、全体が同軸円筒形態をしており、略円筒状に形成された固定アーク電極２と、この固定アーク電極２のまわりに配設された閉極状態において電流を通電するための固定通電電極である固定主電極３と、これら固定アーク電極２及び固定主電極３に対して、図示省略している操作機構により図の左右方向に進退することで接離する棒状で先端部（図の右端部）に固定アーク電極２を受け入れて該固定アーク電極２に摺接する穴４ａを有する可動電極４と、固定主電極３のまわりを包囲するように設けられ可動電極４側の端部に開口部５ａを有するシールド部材５と、このシールド部材５及び固定主電極３の間に介装されシールド部材５の内周面５ｂとの間に固定アーク電極２の中空部２ａに連通する通路６を形成すると共に、可動電極４側の先端部７ａがシールド部材５の開口部５ａ近傍に伸び、開極時のアークＡによって発生したガスを、通路６を経由してシールド部材５の開口部５ａに吹き付けるように形成された例えば金属材からなる筒状のガイド部材７を備えている。

上記固定アーク電極２及び固定主電極３の基部（図の右側端部）には、可動電極４側の中心部に設けられた連通穴８を介して固定アーク電極２の中空部２ａに連通され、径方向に数ヵ所設けられた放出穴９ａを介して上記通路６に連通された圧力室９が設けられている。なお、可動側と固定側の極間の電界緩和のために設けられたシールド部材５は、開極状態において閃絡事故などが発生しないようにする目的で備えられている。また固定主電極３の上記可動電極４側の端部３ａの位置は、固定アーク電極２の先端２ｂの位置よりも図の右方にあるように配置され、該端部３ａの外周面３ｂは固定アーク電極２の先端２ｂに向けてスロープ状に傾斜して形成されている。さらに、ガイド部材７の先端部７ａ近傍も、開口部５ａへの吹き付けがスムーズに行われるように固定主電極３の外周面３ｂに沿ってスロープ状に形成され、ガイド部材７の先端部７ａとシールド部材５の開口部５ａとでノズル様に形成されている。なお、例えばＳＦ_６ガスなどの消弧性ガスの充填等、その他の構成は従来の断路器と同様であるので図示及び説明を省略する。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。まず、閉極状態においては可動電極４は図の右方向に移動して固定主電極３及び可動電極４と接触しており、電流は通常、可動電極４と固定主電極３を流れている。断路器が開極動作に入り、可動電極４が図の左方向に駆動し始めると、まず固定主電極３が可動電極４と離れる。可動電極４と固定アーク電極２が接触している間は、これら可動電極４と固定アーク電極２の両電極間に電流が流れる。一方、可動電極４と固定アーク電極２との接触が断たれた場合には両電極間にアークＡが発生し、アークＡを介して両電極に電流が流れる。開極動作が進み、図１に示すように可動電極４の先端が固定アーク電極２の先端よりも左方向に位置するようになったときにも可動電極４と固定アーク電極２の間にアークＡが発生する。

発生したアークは、一般的に高温でかつ高圧力であることにより、周囲のガスや空気の温度分布や圧力分布を変形させたりする他、アークが接している電極表面の形状や材料の状態によって、さらに、アークや消弧室の構造物を流れる電流により作られる磁場によって自身で変形し、あるいは移動する。また、コイルや永久磁石を消弧室内に配置し、その磁場によってアークを駆動させる磁気駆動方式を用いて断路器の消弧性能を高めたものもある。何れの場合も従来装置ではアークの転移を防ぐ手段を備えていないので、アークは自身や磁気駆動によって移動し、場合によってはシールド部材５に転移する場合があり、シールド部材５にアークが転移した場合には消弧性能が著しく低下する。また、シールド部材５は通常アルミ材料で構成されており、電極に使われている銅や銅タングステン合金に比べて熱に対する耐性が高くないため転移することによる損傷が激しい。また、アークがシールド部材５に転移することにより更にアークがシールド部材５を伝って図１で径方向に移動が進むことで、最終的に地絡に至る恐れもあった。

これに対し、この実施の形態１の断路器では、アークＡで発生した高温高圧のガスの一部は、中空円筒状の固定アーク電極２の中空部２ａから図中矢印で示すように連通穴８を経て図１において右方に設けられた圧力室９に導かれ、さらに、放出穴９ａから通路６を通り、シールド部材５の先端部の開口部５ａまで導かれる。ここで、ガイド部材７はシールド部材５の開口部５ａ方向へ向けられており、通路６を通ってきたガスはシールド部材５の先端部の開口部５ａに吹き付けられる。高温のガスは圧力室９や通路６を通ってくる間に冷却されており、シールド部材５の開口部５ａに至るときには十分に温度が低下している。このようにシールド部材５の開口部５ａにガスが吹き付けられるため、アークＡがシールド部材５に接近してきた場合でも、吹き付けたガスにより移動が制限されて、アークＡがシールド部材５に転移することはなくなる。なお、アークＡは、開極が完了するまでの間に従来のループ電流開閉責務をもつ断路器と同様、通例の使用形態である３相交流の電圧零点近傍で消弧される。

上記のようにこの実施の形態１によれば、シールド部材５の内周面５ｂとの間に、固定アーク電極２の中空部２ａに連通する通路６を形成し、かつ、先端部７ａがシールド部材５の開口部５ａ近傍に伸びて、開極時のアークＡによって発生したガスを通路６を経由してシールド部材５の開口部５ａに吹き付けるように形成されたガイド部材７を備えたので、開極時のアークＡによって発生した高圧のガスは、中空部２ａ、連通穴８、圧力室９、放出穴９ａ、及び通路６を順次経由して開口部５ａに吹き付けられることによって、アークＡがシールド部材５に転移することが防止され、消弧性能が低下することがなくなる。また、シールド部材５の損傷も低減され、地絡発生も抑えられる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２による開閉器としての断路器を示す要部断面図である。図において、ガイド部材７Ａは、その全体が例えばＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））などのような絶縁材料によって構成されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
この実施の形態２は上記のようにガイド部材７Ａを絶縁材料によって構成にしたことにより、シールド部材５へのアークＡの転移による消弧性能の低下やシールド部材５の損傷を低減し、地絡発生を抑制すると共に、アークＡのガイド部材７Ａへの転移を防ぐことができ、従ってガイド部材７Ａの損傷も防ぐことができる。さらに、ガイド部材７Ａに転移することによる消弧性能の低下も防ぐことができる。また、ガイド部材が金属である場合には、開極状態において先端部における電界の形状に乱れが生じる可能性があるが、この実施の形態２では絶縁材料にしたことにより、電界の乱れが緩和されるという効果も得られる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による開閉器としての断路器を示す要部断面図である。図において、ガイド部材７Ｂは、ＰＴＦＥなどの絶縁材料によって構成された先端部材７１と、アルミなどの金属材料によって構成された筒状の包囲部材７２の２つの部材からなっている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
上記のように構成された実施の形態３においては、開極時のアークＡによって発生した高温高圧のガスが通路６を通っていくときに、通路６の内周部を構成する主要部が金属の包囲部材７２からなっているので、金属の熱伝導により冷却が促進され、より低い温度でガスを開口部５ａに吹き付けられる一方、実施の形態２の例のように、先端部材７１での電界形状の乱れを緩和することもできるという効果が得られる。
なお、上記実施の形態では開閉器が断路器の場合について説明したが、この発明の用途は必ずしも断路器に限定されるものではないことは言うまでもない。

この発明の実施の形態１による開閉器としての断路器を示す要部断面図。 この発明の実施の形態２による開閉器としての断路器を示す要部断面図。 この発明の実施の形態３による開閉器としての断路器を示す要部断面図。

符号の説明

１ 断路器、 ２ 固定アーク電極、 ２ａ 中空部、 ２ｂ 先端、 ３ 固定主電極、 ３ａ 端部、 ３ｂ 外周面、 ４ 可動電極、 ４ａ 穴、 ５ シールド部材、 ５ａ 開口部、 ５ｂ 内周面、 ６ 通路、 ７、７Ａ、７Ｂ ガイド部材、 ７ａ 先端部、 ７１ 先端部材、 ７２ 包囲部材、 ８ 連通穴、 ９ 圧力室、 ９ａ 放出穴、 Ａ アーク。

Claims (5)

1. 筒状の固定アーク電極と、この固定アーク電極のまわりに配設された固定主電極と、これら固定アーク電極及び固定主電極に対して接離する可動電極と、上記固定主電極のまわりを包囲し上記可動電極側の端部に開口部を有するシールド部材と、このシールド部材及び上記固定主電極の間に介装され該シールド部材の内周面との間に上記固定アーク電極の中空部に連通する通路を形成すると共に、上記可動電極側の先端部が上記シールド部材の開口部近傍に伸びて、開極時のアークによって発生したガスを上記通路を経由して上記シールド部材の開口部に吹き付けるように形成されたガイド部材と、を備えたことを特徴とする開閉器。
2. 上記ガイド部材の上記可動電極側の先端部は、上記シールド部材の開口部に向けて湾曲形成されていることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
3. 上記ガイド部材は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉器。
4. 上記ガイド部材の上記可動電極側の先端部は絶縁材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉器。
5. 上記通路と上記固定アーク電極の中空部との間に圧力室が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の開閉器。

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