JP2010251299A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】排気口部が走行導体の一方側部分にしかない場合においても、限流性能が向上された回路遮断器を得る。
【解決手段】複数の消弧板２が所定の間隙を介して積層され消弧室４の内部に設けられたグリッド３と、上記消弧室の入口側に配設された固定接点５及び可動接点６と、上記固定接点及び可動接点の開極時に発生するアークを上記グリッド方向に移行させる上記グリッドの積層方向一端部側に配設された固定側走行導体７及び上記グリッドの積層方向他端部側に配設された可動側走行導体９と、上記消弧室の出口側における上記固定側走行導体及び上記可動側走行導体の何れか一方側に寄せて配設された排気口部１０とを備え、該排気口部とは反対側の走行導体に近接する消弧板２Ａの厚さを他の消弧板よりも厚くした。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば配線用遮断器や漏電遮断器などとして好ましく用いられる回路遮断
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・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過電流を低く抑制する限流性能の向上である。事故時などの過電流の遮断時に、接点間に発生したアークを引き込んで分断し、電極降下電圧の発生及びアークの冷却などによりアーク電圧を高めて限流させるグリッドは、限流性能を左右する部品の一つとなっている。限流性能の向上により回路遮断器の消弧室で処理するアークエネルギーの低下が可能となり、回路遮断器を構成する部品への熱的、電磁力的な負担が軽減して小形化が可
能となる。

上記のような技術課題に対する従来の技術として、消弧室の複数枚の磁性板（消弧板）の両脚部内側に、可動接点の移動軌跡を左右両側から覆う一対の側壁を有する絶縁部材を設け、かつ開極位置における可動接触子の先端を絶縁部材の側壁の上面から突出させるとともに、側壁の磁性板側の上角部を最上位の磁性板の近傍まで延び出させることにより、可動接触子先端に転移したアークを左右の側壁の間隔よりも広い外部空間に押し出し、上角部を逃れたアークを最上位の磁性板に導いて引き伸ばすことができるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００６−１９１１３号公報（第６頁、図５）

上記のような従来の技術では、流路抵抗の低いところの消弧板を長くすること（消弧板の体積増加）で、アークを接点から離れた消弧板まで導き易くしている。しかし、接点間に発生したアークをグリッドまで移行させる走行導体（アークランナ）が固定接点側と可動接点側に互いに平行に設けられ、排気口部が一対の走行導体の一方側にしかない回路遮断器の場合には、流路抵抗の低い可動側走行導体側にはアークが進入し易く、流路抵抗の高い固定走行導体側にはアークが進入し難くなる。そのため、グリッドが有効に活用できず、限流性能が劣化するという課題があった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、排気口部が一対の走行導体の一方側部分にしかない場合においても、限流性能が向上された回路遮断器を得ることを目的としている。

この発明に係る回路遮断器は、複数の消弧板が所定の間隙を介して積層され消弧室の内部に設けられたグリッドと、上記消弧室の入口側に配設された固定接点及び可動接点と、上記固定接点及び可動接点の開極時に発生するアークを上記グリッド方向に移行させる上記グリッドの積層方向一端部側に配設された固定側走行導体、及び上記グリッドの積層方向他端部側に配設された可動側走行導体と、上記消弧室の出口側における上記固定側走行導体及び上記可動側走行導体の何れか一方側に寄せて配設された排気口部とを備え、該排気口部とは反対側の走行導体に近接する消弧板の厚さを他の消弧板よりも厚くしたもので
ある。

この発明によれば、上記複数の消弧板の内、上記排気口部とは反対側の積層方向一端部の消弧板の厚みを他の消弧板よりも厚くしたことで、流路抵抗の高い側の走行導体からアークに働く電磁力が増加され、限流性能が高められる。また、消弧室に与えるダメージを少なくすることができる。

本発明の実施の形態１に係る回路遮断器の要部を示す構成図である。 図１に示された厚みを厚くした消弧板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２に係る回路遮断器の消弧板を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る回路遮断器の消弧板を示す斜視図である。 図２〜図４の消弧板について求められたアーク位置に対する電磁力の関係を示す特性図である。 本発明の実施の形態４に係る回路遮断器の要部を示す構成図である。 図６の矢印ＶＩＩ方向に見たときの固定子、固定接点、固定側走行導体、及び消弧板の位置関係を概念的に示す拡大図である。 本発明の実施の形態５に係る回路遮断器の要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態６に係る回路遮断器の厚みを厚くした消弧板を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回路遮断器について、図１、図２、及び図５を参照して説明する。図において、回路遮断器１００は、図２に示すような略Ｙ字状の凹部１を有する磁性材料からなる消弧板２を所定の間隙を介して複数枚（ここでは１１枚）積層してなるグリッド３と、このグリッド３を収容している消弧室４と、この消弧室４の入口側（凹部１に対向する側である図１の右側）に配設された固定接点５及び可動接点６と、開極時に発生したアークをグリッド３の方向に移行させる、固定接点５に接続された固定側走行導体７、及び可動接点６を有する可動接触子８に接続された可動側走行導体９と、
消弧室４の出口側における可動側走行導体９の側にのみ形成された排気口部１０を備えている。

上記消弧板２の内、固定接点５に近い図１の上端部に位置する消弧板２Ａは、図１に示すように他の消弧板２よりも厚さが厚く、具体的には約３．３倍の厚さに形成されている。なお、図２は厚い消弧板２Ａを示しているが、他の消弧板２も形状は同様であるので、図２で代用している。Ｙ字形状の凹部１が形成された図２の上部側の開口側１ａが消弧室４の入口側である接点側に近い図１の右側、図２の下部側の底部側１ｂ部が排気口部１０に近い図１の左側となるように向きを揃えて所定の間隙を介して重合され、消弧室４を形成する図示省略している容器に保持されている。固定側走行導体７、及び可動側走行導体
９は、グリッド３部分では互いに平行となるように設けられ、上記排気口部１０は可動側走行導体９の側に寄せて、図１の左下側部に設けられている。

また、排気口部１０の図の上部のスペース１１は、回路遮断器を構成する他の部材の設置に利用される。なお、図１は実施の形態１の典型的な特徴部分に係る消弧室４近傍のみを示したものであり、上記の他に、例えば過電流あるいは短絡電流等の異常電流を検出して開極指令を出すリレー部、同指令の伝達先である駆動機構部、及びこれらを図１の消弧室４部分と共に一体的に収容する絶縁樹脂モールドケースなどを備えている。これら図示省略しているその他の部分は例えば従来技術による一般的な回路遮断器と同様に適宜構成することができる。

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。回路遮断器に過電流が流れると、可動接触子８の開閉機構（図示省略）が動作し、可動接触子８が開極動作に至り、固定接点５と可動接点６間にアークが発生する。発生したアークは磁気駆動力や圧力勾配により遮断を行うグリッド３まで走行する。図１に示すように流路抵抗の高い固定側走行導体７に対向する１枚の消弧板２Ａの厚さが、他の消弧板２の厚さより約３．３倍厚く構成されていることで、厚くしない場合に比べて消弧板２の凹部１の中にあるアークＡに働く電磁力は、計算上約１．５倍程度増加する。

図５の特性図は、上記のように流路抵抗の高い側の積層方向端部の消弧板２Ａのみを厚く構成したグリッド３について理論的な計算によって求められた、アークＡ（図２）の位置が消弧板２、２Ａの凹部１の開口側１ａから底部側１ｂで変化したときのアークＡに働く電磁力の関係を示している。なお、図５の横軸のアーク位置は、原点側（左側）が図２の上側（凹部１の開口側１ａ）、横軸の右方向側が図２の下側（凹部１の底部側１ｂ）方向を示す。そして、曲線Ｂ１が実施の形態１の場合である。

なお、曲線Ｂ２、及びＢ３は後述する実施の形態２、及び３に対応するものである。該図５の曲線Ｂ１からも明らかなように、固定接点５（固定側走行導体７）に近い側の積層方向一端部の消弧板２Ａの厚みを他の消弧板２よりも厚くしたことで、流路抵抗の高い固定側走行導体７側においてアークに働く電磁力が増大し、アークがグリッド３の奥まで進入し易くなり、グリッド３を有効に活用することができるため、限流性能が向上される。

上記のように、実施の形態１は、間隙を介して積層された複数の消弧板２の内、上記固定接点５に近い側の積層方向一端部の消弧板２Ａの厚さを他の消弧板２よりも厚くし、かつ、消弧板２の凹部１を開口側１ａが広い略Ｙ字形状にしたものである。該実施の形態１によれば、流路抵抗の高い固定側走行導体７に近接され対向する消弧板２Ａの厚さを他の消弧板２よりも厚くしたことにより、固定側走行導体７のアークに働く電磁駆動力が増加する。このため、アークがグリッド３の奥まで、即ち凹部１の底部側１ｂまで進入し易くなり、グリッド３を有効に活用することができ、限流性能、従って電流遮断性能が向上される。また、消弧室４に与えるダメージを少なくすることができる。更には、回路遮断器が接続されたラインやこれに接続された他の回路遮断器及び負荷などへの負担を軽減することが可能となる。

なお、グリッド３を構成する消弧板２、２Ａの枚数と厚さは、例示されたものに限定されるものではなく、遮断器の大きさや排気口部１０の形状等により枚数、厚さ共適宜変更することができる。要するに流路抵抗の高い側（この例では固定側走行導体７側）の消弧板を厚くすればよい。なお、消弧板２Ａを他の消弧板２の３．３倍としたが、例えば約１．２倍〜４倍程度としても良い。また、厚さを厚くした消弧板２Ａを用意する場合、厚さが薄い他の消弧板２を複数枚、例えば２枚〜４枚密着させて重合するようにしても差し支えない。その場合には部品の種類を増やすことなく性能の向上を図ることができ、エネル
ギーの無駄も生じない。また、小型化にも寄与し、耐久性、安全性も向上する。さらに、環境負荷の低減にも寄与できる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回路遮断器について、図３及び図５を参照して説明する。なお、各図及び各実施の形態を通じて同一符号は同一または相当部分を示すものとする。図において、消弧板２、２Ａは、接点側に近い開口側１ａ部の凹部１の幅が実施の形態１の図２と比較して狭く、排気口部１０側の底部側１ｂに近いほど凹部１の幅が広い略三角形状（△形状）に形成されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２においては、図３の消弧板２、２Ａ中の凹部１の中にあるアークＡに働く電磁力は、該アークＡの位置が消弧板２、２Ａの凹部１内で図３の上下方向に変化したときに、電磁力が図５の曲線Ｂ２に示すように変化する。なお、図５の曲線Ｂ１〜Ｂ３はそれぞれアークＡの位置が凹部１内で変化したときに、アークＡに働く電磁力がどのように変化するかの傾向を個別に示すものであって、縦軸の値は、曲線Ｂ１〜Ｂ３毎に異なっているので相互の大小は比較できない。本件発明者等の計算結果では、図２に示す消弧板の同位置（アーク位置と固定側走行導体の消弧板）と比較して、開
口側１ａで最大６倍程度増加することが確認され、また、図３の消弧板２、２Ａを用いた回路遮断器は、実施の形態１と同様の効果が得られることが確認された。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る回路遮断器について、図４及び図５を参照して説明する。図において、消弧板２、２Ａの凹部１は、接点側に近い開口側１ａと、排気口部１０側に近い底部側１ｂの幅が一定に形成されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態３においては、図４の消弧板２中の凹部１の中にあるアークＡに働く電磁力は、該アークＡの位置が消弧板２、２Ａの凹部１内で図４の上下方向に変化したときに、電磁力が図５の曲線Ｂ３に示すように略一定となる。本件発明者等の計算結果では、図２の消弧板の同位置と比較して、約１．５倍程度増加することが確認され、また、図４の消弧板２、２Ａを用いた回路遮断器は、実施の形態１と同様の効果が得られることが確認された。

なお、上記実施の形態１〜３では、排気口部１０が可動側走行導体９の側に寄せて形成され、流路抵抗の高い固定側走行導体７に近接する消弧板２Ａを厚くした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、配置を逆にしても同様の効果が期待できる。即ち、排気口部１０を固定側走行導体７の側に寄せて形成し、流路抵抗の高い位置が可動側走行導体９の側となるように接触子を構成し、可動側走行導体９の側の消弧板を厚くするようにしても良い。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る回路遮断器について、図６及び図７を参照して説明する。なお、この実施の形態４は、固定側走行導体７に近接され、対向している消弧板２Ｂを、同一形状のものを複数枚（ここでは２枚）重ねることで厚くした上で、該消弧板２Ｂの形状を、可動側走行導体９側に積層された他の複数の消弧板２の形状と変えたものである。図７に示すように、同一形状のもの２枚が重合された消弧板２Ｂの凹部１は開口側１ａが広く、底部側１ｂが狭い開口端部が平行な略Ｙ字形状に形成されており、かつ、開口側１ａの開口部幅Ｃは、固定子５ｂの幅Ｄよりも大きく形成されている。なお、消弧板２Ｂの図の下方に積層される他の消弧板２は、例えば実施の形態１と同様の形状で、その開口端部の幅は消弧板２Ｂよりも狭く形成されている（図示省略）。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように実施の形態４においては、固定側走行導体７に近接された消弧板２Ｂの凹部１の開口部幅Ｃが固定子５ｂの幅Ｄよりも大きく形成されている。一般に、アークがグリッド３に入る段階では、電流値も発弧時と比較して、５〜１０倍になっている。よってアーク径も５〜１０倍程度拡大する。実施の形態４では、図６、図７に示すように厚みが２倍に形成された消弧板２Ｂの凹部１の開口部幅Ｃが固定子５ｂの幅Ｄよりも大きく形成されていることで、固定側走行導体７上でのアークの維持が容易になり、アークがグリッド３に入った後も、たとえグリッド３でのアーク維持ができず、グリッド３からアークが出たとしても開口部幅Ｃが広いため、再びグリッド３に入ることは容易である。

一方、可動側走行導体９側のアークがグリッド３に入ることは、排気口部１０がこの例では可動側走行導体９側に寄せて、即ち偏倚させて配設されていることにより、圧力勾配が大きいため固定側走行導体７側のアークより容易である。そのため、可動側走行導体９側の消弧板２の開口部幅（図示省略）を、固定側走行導体７側の消弧板２Ｂの開口部幅Ｃよりも狭くすることは、アークによるグリッド３の消耗を減らすために好ましい。なお、固定側走行導体７に近接された消弧板２Ｂが他の消弧板２よりも厚く形成されていることによる電磁力増加の効果については、実施の形態１〜３で説明した通りである。

本発明者らは、上記アークによるグリッド３の消耗について、固定側走行導体７に近接された消弧板２Ｂの厚さを図６に示す通り２倍にし、実際の遮断現象を模擬した熱流体シミュレーションを行った。その結果、グリッド３内のガス流量分布のばらつきを、厚くする前と比較して約９％低減することできることが明らかとなった。これにより、グリッド３内の遮断時に発生する熱ガス流分布のばらつきが低減され、グリッド３の消耗が均一化される。

上記のように、実施の形態４によれば、可動側走行導体９の側に偏倚された排気口部１０とは反対側に位置する固定側走行導体７に近接された消弧板２Ｂとして、固定子幅Ｄよりも大きい開口部幅Ｃを有する凹部１が形成された消弧板を２枚重ねて厚くする一方、可動側走行導体９側の消弧板２の開口部幅（図示省略）を、固定側走行導体７側の消弧板２Ｂの開口部幅Ｃよりも狭くしたので、固定側走行導体７のアークに働く電磁力が増加され、固定側走行導体７側のアークがグリッド３に入り易くなり、アークを固定側走行導体７上に維持することが容易となる。更に、グリッド３の消耗を均一化する効果が得られ、限流性能を向上することができるなどの効果が得られる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る回路遮断器について、図８を参照して説明する。なお、この実施の形態５は、固定側走行導体７側の消弧板２Ａを厚くした上で、消弧板２Ａ、２の長さ、即ちグリッド３の長さを、排出口部１０の側で短くしたものである。図８に示すように、消弧室４に対向する固定側走行導体７の排気口部１０側の端部には、該固定側走行導体７を支持する絶縁物からなる支持部材１２が設けられている。このため、支持部材１２の図の右側端部位置に対応する一点鎖線で示すグリッド削りラインＥよりも図の左側に位置する消弧板２Ａ、２の破線で示す部分は、アークの冷却に有効に機能していないことになる。

さらに、グリッド３の長さが破線の部分まで長くなっている場合には、その分、流路抵抗が増加している。これに対して、実施の形態５ではグリッド３を構成する固定側走行導体７の近傍の消弧板２Ａ、及び可動側走行導体９の側に積層された消弧板２の長さを、支持部材１２の端部位置と同一線上のグリッド削りラインＥの位置まで短くしたことで、固定側走行導体７近傍の流量を増やすことができ、グリッド３内での熱ガス流分布を均一化する効果が得られ、グリッド３の消耗を均一化することが可能となる。

例えば、固定側走行導体７側の消弧板２Ａを他より約２倍厚くした上で、グリッド３の長さを背面から１ｍｍ程度短くすると、固定側走行導体７のアークに働く電磁力を増加するだけでなく、実際の遮断現象を模擬した熱流体シミュレーションによると、グリッド３内のガス流量分布のばらつきを、厚くする前、及び短くする前と比較して約２０％低減することができることが判明した。これにより、グリッド３内の遮断時に発生する熱ガス流分布のばらつきが低減され、グリッド３の消耗が均一化される。

上記のように、この実施の形態５によれば、可動側走行導体９の側に偏倚された排気口部１０とは反対側に位置する固定側走行導体７に近接する消弧板２Ａを厚くした上で、該消弧板２Ａ、及び積層された他の消弧板２の長さを、排出口部１０側で短くしたので、固定側走行導体７のアークに働く電磁力を増加するだけでなく、グリッド３の消耗を均一化する効果を得ることができ、限流性能を向上することができる。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６に係る回路遮断器について、図９を参照して説明する。なお、図９はこの実施の形態６の典型的な特徴部分である、可動側走行導体９の側に偏倚された排気口部１０とは反対側に位置する固定側走行導体７に近接されている消弧板２Ｃのみを図示している。他の構成部分については適宜他の実施の形態の図面に示された符号を参照して説明する。この実施の形態６は、固定側走行導体７（図１）側の消弧板２Ｃを他の実施の形態と同様に厚くした上で、図９に示すように該消弧板２Ｃの形状を凸字形状にしたものである。図９において、消弧板２Ｃは凸字形状に形成されており、該凸字形状の幅の狭い突部２ａの先端部側が消弧室４（図１）の入口側に配設される。他の消弧板２（図１）の形状など、その他の構成は例えば実施の形態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６においては、固定側走行導体７に近接された、厚みを大にした消弧板２Ｃを凸字形状とし、その固定接点５側に幅の狭い突部２ａが形成されていることで、固定接点５側にアークがあるときの固定側走行導体７側のアークに働く電磁力が増加され、さらに固定子５ａと消弧板２Ｃの突部２ａのエッジとの距離が短くなるため、走行先である固定子５ａと消弧板２Ｃの突部２ａのエッジ間の電界強度が高くなり、固定接点５から固定子５ａ先端部を経て固定側走行導体７へとアークが向い易くなる。つまり、このような構造にすることで、電磁力と電界の両方の作用で、固定側走行導体７側のアークの固定側走行導体７への移行を促すことができ、アークがグリッド３に入り易くなるという効果が得られる。

なお、上記実施の形態１〜６に記載された発明を、適宜に組み合わせることができることは言うまでもない。

１００ 回路遮断器、 １ 凹部、 １ａ 開口側、 １ｂ 底部側、 ２ 消弧板（薄いもの）、 ２ａ 突部、 ２Ａ 消弧板（厚いもの）、 ２Ｂ 消弧板（複数枚重ねたもの）、 ２Ｃ 消弧板（凸字形状）、 ３ グリッド、 ４ 消弧室、 ５ 固定接点、 ５ｂ 固定子、 ６ 可動接点、 ７ 固定側走行導体、 ８ 可動接触子、 ９ 可動側走行導体、 １０ 排気口部、 １１ スペース、 １２ 支持部材。

Claims (9)

1. 複数の消弧板が所定の間隙を介して積層され消弧室の内部に設けられたグリッドと、上記消弧室の入口側に配設された固定接点及び可動接点と、上記固定接点及び可動接点の開極時に発生するアークを上記グリッド方向に移行させる上記グリッドの積層方向一端部側に配設された固定側走行導体、及び上記グリッドの積層方向他端部側に配設された可動側走行導体と、上記消弧室の出口側における上記固定側走行導体及び上記可動側走行導体の何れか一方側に寄せて配設された排気口部とを備え、該排気口部とは反対側の走行導体に近接する消弧板の厚さを他の消弧板よりも厚くしたことを特徴とする回路遮断器。
2. 上記排気口部とは反対側の走行導体に近接する消弧板の厚さを他の消弧板よりも約１．２倍〜約４倍厚くしたことを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 上記固定側走行導体に近接する上記積層方向一端部側の消弧板を他の消弧板よりも厚くしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の回路遮断器。
4. 上記消弧板は、開口側が広く底部側が狭いＹ字形状の凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回路遮断器。
5. 上記消弧板は、開口側が狭く底部側が広い△形状の凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回路遮断器。
6. 上記消弧板は、開口側から底部側まで幅が略一様の凹部が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回路遮断器。
7. 上記消弧板は固定子幅よりも大きい開口部幅を有する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の回路遮断器。
8. 上記消弧板の上記排気口部側の端部が、該消弧板から上記走行導体を見通したときの該走行導体の端部の位置と略一致する位置に短縮されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の回路遮断器。
9. 上記排気口部とは反対側の走行導体に近接する消弧板を凸字形状とし、該凸字形状の幅の狭い突部側を上記消弧室の入口側に配設したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回路遮断器。

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