JP2015032376A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】電流遮断時に消弧室内に引き込んだアークを消弧室の排気口側に向けて消弧グリッド板の終端位置まで継続的に電磁駆動できるように消弧グリッド板の構造を改良して回路遮断器の消弧性能向上を図る。【解決手段】本体ケースの電流遮断部にデアイオン方式の消弧室１０を配備した回路遮断器であり、前記消弧室１０が可動接触子の開極移動経路に沿って複数枚の消弧グリッド板１２を上下多段に並置配列した構成になるものにおいて、前記消弧グリッド板（磁性材）１２をその長手方向でＵ字状に二つ折し、かつその折り返し端部側には中央切欠溝部１２ａを形成した上で、消弧グリッド板の折り返し端部１２ｃを遮断室側に向けて配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、配線用遮断器，漏電遮断器などを対象とした回路遮断器に関し、詳しくは回路遮断器の電流遮断部に配した消弧グリッド板の構造に係わる。

頭記の回路遮断器には、過電流の遮断時に固定／可動接点間に生じたアークを消滅させるための消弧装置として、電流遮断部にデアイオン方式の消弧室を備えている（例えば、特許文献１参照）。

次に、回路遮断器の一例として配線用遮断器に搭載した消弧室の従来構造を図６，図７に示す。なお、図６は回路遮断器の全体構造図、図７は回路遮断器の本体ケース内に搭載した消弧室の構成図である。

図６，図７において、１は回路遮断器の本体ケース（モールド樹脂ケース）、２は電源側端子と一体になる固定接触子、２ａは固定接点、３は可動接触子、３ａは可動接点であり、電流遮断部の遮断室内には固定接点２ａ，および可動接点３ａが配置されている。また、４は回動式の可動接触子ホルダ、５は可動接触子３に連繋した開閉機構、６は操作ハンドル、７は熱動式の過電流引外し装置、８はトリップクロスバー、９は負荷側端子板、１０は本体ケース１内の電流遮断部に配置した消弧室、１１は消弧室の絶縁側壁、１２は消弧グリッド板である。

ここで、前記消弧室１０は、図７（ａ），（ｂ）で示すように磁性金属体（板厚1.5〜2.5mm程度の鋼板）で作られた複数枚の消弧グリッド板１２を可動接触子３の開極移動経路に沿い上下多段に並置配列して左右の絶縁側壁１１の間に架設した構成になる。そして、この消弧グリッド板１２の先端側の板面中央には、可動接触子３の開閉移動経路に向けて開放した中央切欠溝部（Ｖ字状溝）１２ａが形成されており、左右側縁に形成した係合爪１２ｂを介して左右の絶縁側壁１１に架設されている。なお、回路遮断器の本体ケース１（図６参照）には消弧室１０の背面側にガス排気口が開口しており、消弧グリッド板１２の相互間隙を通じて消弧室１０から吹き出すアークガスを本体ケース１の外部に放出するようにしている。

上記回路遮断器の過電流保護動作は周知の通りであり、主回路に過電流（短絡電流）が流れると、固定接触子２と可動接触子３との間に働く電磁反発力により可動接触子３が開極し始めて可動接点３ａが固定接点２ａから開離する。同時に開閉機構部５がトリップ動作して可動接触子３を開極終端位置に向けて駆動する。

この開極動作で固定接点２ａと可動接点３ａとの間に発弧したアークａｒｃには、図８で示すようにアーク電流の磁界により消弧グリッド板（磁性板）１２を通る偏倚磁束φのローレンツ力が作用し、アークａｒｃは消弧グリッド板１２の中央切欠溝部１２ａに向けて引き込まれ、さらに図９で示すように遮断室内に生じたアークガス流も加わって消弧室１０の奥の方に押込み駆動される。

これにより、アークａｒｃは上下段に並ぶ消弧グリッド板１２に接して各グリッド板の間に分断されるとともに、分断アークの陰極，陽極電圧降下によりアーク電圧が上昇し、さらに消弧グリッド板１２との接触による冷却作用も加わってアーク抵抗が大きくなる。その結果、電源電圧はアーク電圧を維持できなくなってアークが消滅し、電流が限流遮断される。なお、図９の点線矢印ｉはアーク電流の電流経路を表している。

特開２００６−１２５４０号公報（図７，図８）

ところで、前記した従来構造のデアイオン式消弧室には、消弧機能面で次記のような課題が残る。
すなわち、図８で述べたように、電流遮断動作の開始直後に固定／可動接点間に発生したアークａｒｃには、消弧グリッド板１２を通る偏倚磁束φの作用によりグリッド板の中央切欠溝部１２ａに向けて引き込む電磁駆動力が働くが、図９のようにアークａｒｃが消弧室内に押し込まれて消弧グリッド板１２に接触して分断された状態になると、アーク電流ｉは各消弧グリッド板１２を板厚方向に貫流して流れるようになる。この状態になると、アークａｒｃの回りには図８で述べたように偏倚した磁束φが形成されず、分断アークを消弧室の奥に向けて駆動するローレンツ力が作用しなくなり、したがってアークを消弧室の排気口側に向けて更に押し込むには殆どガス流だけに依存されることになる。

このために、ガス流によるアークの押込み駆動が弱いと、固定／可動接点間に発生したアークａｒｃは消弧グリッド板１２の中央切欠溝部１２ａの位置に停滞し続けてそのアーク熱により消弧グリッド板１２が局部的に溶融，蒸散して消耗し、その結果として上下段に並ぶ消弧グリッド板１２の間に分断されていたアークが再び連なってしまって分断消弧機能が充分に発揮されなくなる問題がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は電流遮断時に消弧室内に引き込んで分断したアークに対し、消弧グリッド板に流れるアーク電流により分断アークに作用するローレンツ力を巧みに活かしてアークを消弧室の排気口側終端位置に向けて継続的に電磁駆動できるように消弧グリッド板の構造を改良して消弧性能向上を図った回路遮断器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、本体ケース内の電流遮断部にデアイオン方式の消弧室を配備した回路遮断器であって、前記消弧室が可動接触子の開極移動経路に沿って複数枚の消弧グリッド板を多段に配列した構成になるものにおいて、
前記消弧グリッド板をその長手方向でＵ字状に二つ折し、かつその折り返し端部側の板面中央に切欠溝部を形成した上で、前記折り返し端部を可動接触子側に向けて配置する（請求項１）ものとし、その消弧グリッド板は次記のような具体的態様で構成することができる。
（１）Ｕ字状に二つ折した消弧グリッド板の内面全域を絶縁材で覆うようにし（請求項２）、その絶縁材として、Ｕ字状に二つ折した消弧グリッド板の内側に絶縁板を挟み込む（請求項３）、もしくは消弧グリッド板の内面に絶縁被膜を被着する（請求項４）。
（２）前記の消弧グリッド板は、その材質が磁性金属材である（請求項５）。

上記の構成により、電流遮断時に固定／可動接点間に発弧したアークが消弧室内に押し込まれ、消弧室内に配列した各段の消弧グリッド板の中央切欠溝部に接触して分断された状態になると、従来の消弧グリッド板（一枚板）のようにアーク電流がグリッド板を厚さ方向に貫流することなく、Ｕ字状の二つ折構造になる消弧グリッド板には、アーク発弧点（アークの足）から前記中央切欠溝部を挟んでその左右両側に延在して折り返し端部を経由するＵ字状の経路を迂回するようにアーク電流が通流する。

したがって、上下段に並ぶ消弧グリッド板で分断されたアークには、前記の迂回電流経路に沿って消弧グリッド板に流れるアーク電流の磁界によるローレンツ力が作用し、このローレンツ力が分断アークを消弧室内の奥に向けて更に電磁駆動する。

これにより、消弧室内に押し込まれたアークは、排気口側に向けて消弧グリッド板の終端位置まで継続的に電磁駆動されることとなり、図８の従来構造で述べたように消弧室内に引き込まれたアークが消弧グリッド板の途中に停滞してしまう問題を解消して高い消弧機能を確保することかできる。

本発明の実施例による消弧室の構成図であって、（ａ）は消弧室全体の外形斜視図、（ｂ）は消弧室内に配した二つ折構造の消弧グリッド板の構造を表す外形斜視図、（ｃ）は（ｂ）のグリッド板を中央切欠溝部に沿って切断した断面斜視図である。 電流遮断時に固定／可動接点間に発弧したアークを図１（ａ）の消弧室内に引き込んだ初期状態を表す模式斜視図である。 図２に対応する状態でのアーク電流経路、およびアークに作用するガス流，ローレンツ力，アークの駆動方向を表した模式図である。 図３に続く分断アークの駆動状態を表す模式図である。 図４に続き分断アークを消弧グリッド板の終端位置まで駆動した状態を表す模式図である。 回路遮断器全体の組立構成図である。 図７の回路遮断器に搭載した消弧室の従来構造図であり、（ａ）は消弧室全体の外形斜視図、（ｂ）は消弧室内に配した消弧グリッド板の外形斜視図である。 図７の消弧グリッド板に向けてアークを引込むローレンツ力の作用を表す模式平面図である。 図７の消弧室内にアークを引き込んで分断させた状態でのアーク電流経路，ガス流，アークの駆動方向を表す模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図６，図７に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
まず、本発明の実施例による消弧室，および消弧グリッド板の構造を図１（ａ）〜（ｃ）に示す。すなわち、図示実施例の消弧室１０は、図７に示した従来の消弧室と同様に、左右の絶縁側壁１１の間に複数枚の消弧グリッド板１２を上下多段に並置配列して架設した構成になるが、各枚の消弧グリッド板１２は、図７に示した従来構造の平板状消弧グリッド板とは異なり、図１（ｂ）で示すように消弧グリッド板１２は長尺鋼板（磁性材）を図示のようにその長手方向でＵ字状に二つ折し、その折り返し端部を図６に示した回路遮断器の電流遮断部の遮断室側、すなわち可動接触子側に向けて配置している。

そして、この二つ折の消弧グリッド板１２の折り返し端部側には、従来の消弧グリッド板（図７（ｂ）参照）と同様な長手方向に延在するＶ字状の中央切欠溝部１２ａが切欠き形成されている。なお、図中の１２ｂは消弧グリッド板１２の左右側縁に形成した係合爪、１２ｃは折り返し端部、１２ｄは中央切欠溝部１２ａを挟んでその左右両側に延在する側足部である。

また、Ｕ字状の二つ折り構造になる図示実施例の消弧グリッド板１２は、その内面側の全域を絶縁材で覆うようにし、具体的には図１（ｂ）、（ｃ）で示すように消弧グリッド板１２の上辺部と下辺部との間に絶縁板１３を挟み込んでいる。なお、絶縁板１３を挟み込む代わりに、消弧グリッド板１２の内面に紙（絶縁紙）のような薄いもの、あるいは絶縁被膜を被着するようにしてもよい。

次に、前記構成の消弧室１０によるアークの消弧機能について述べる。まず、電流遮断時に固定／可動接点間に発弧，伸長したアークは、図８で述べた従来の消弧室と同様に、磁性の消弧グリッド板１２を通る偏倚磁束φの作用によるローレンツ力でアークａｒｃが消弧グリッド板１２の中央切欠溝部１２ａに引き込まれ、これに遮断室内に発生したアークガスのガス流が加わってアークは図２で示すように、消弧室１０内に向け消弧グリッド板１２の中央切欠溝部１２ａに押し込み駆動されて消弧グリッド板１２の板面に接触し、この接触によりアークａｒｃが各枚の消弧グリッド板１２の間で分断される。

そして、この状態になると、図３の模式図で表すようにアーク電流ｉはＵ字状に二つ折した各枚の消弧グリッド板１２を経由して流れる。ここで、各枚の消弧グリッド板１２に流れる電流は、図示のように分断アークの足（発弧地点）からＵ字状の折り返し端部１２ｃを経由して左右の側足部１２ｄを通る経路を辿って通流する。

したがって、上下段に並ぶ消弧グリッド板１２の間に分断されたアークに対して、消弧グリッド板１２の側足部１２ｄに流れる電流が作る磁界（図中の磁束φ）が分断アークと直交する方向に作用する。これにより、分断アークには図示矢印方向のローレンツ力（フレミングの左手の法則）とガス流が加わり、このローレンツ力とガス流の駆動により分断アークは図３の位置から図４，および図５の状態を経緯して排気口方向の終端位置まで継続して駆動されるようになる。また、分断アークが消弧グリッド板１２の終端側（図示の左側）に近づくにつれて消弧グリッド板１２の長手方向に沿った電流経路長、およびこの電流経路に流れる電流により分断アークに作用する磁界強さが増してアークを駆動するローレンツ力が増加する。

また、先記のようにＵ字状に二つ折りした消弧グリッド板１２の内面側全域を絶縁材（図１（ｂ）の絶縁板１３）で覆うことにより、消弧グリッド板１２の長手方向に沿った中間部位で上辺部と下辺部との間が不測にアークで短絡するおそれがなく、これにより折り返し端部１２ｃを経由してグリッド板１２の長手方向に迂回する電流経路を安定確保できる。また、この絶縁板１３に代えて、二つ折した消弧グリッド板１２の内面に薄い絶縁紙や絶縁被膜を施すことにより、この消弧グリッド板１２の厚さ寸法を縮減して消弧室１０内に並置配列する消弧グリッド板１２の枚数を多くすることが可能となる。

以上の説明から明らかなように、消弧室１０の消弧グリッド板１２をＵ字状に二つ折した磁性金属板（例えば鋼板）で構成することにより、電流遮断時に消弧室内に引き込んだアークを消弧室の排気口側に向けて消弧グリッド板１２の終端位置まで継続的に電磁駆動することができ、これによりアークが消弧グリッド板の途中に停滞してしまう従来の課題を解消して高い消弧機能を発揮させることかできる。

１ 回路遮断器の本体ケース
２ 固定接触子
３ 可動接触子
１０ 消弧室
１１ 絶縁側壁
１２ 消弧グリッド板
１２ａ 中央切欠溝部
１２ｃ 折り返し端部
１２ｄ 側足部
１３ 絶縁板

Claims (5)

1. 本体ケース内の電流遮断部にデアイオン方式の消弧室を配備した回路遮断器であって、前記消弧室が可動接触子の開極移動経路に沿って複数枚の消弧グリッド板を多段に配列した構成になるものにおいて、
   前記消弧グリッド板をその長手方向でＵ字状に二つ折し、かつその折り返し端部側の板面中央に切欠溝部を形成した上で、前記折り返し端部を可動接触子側に向けて配置したことを特徴とする回路遮断器。
2. 請求項１に記載の回路遮断器において、Ｕ字状に二つ折した消弧グリッド板の内側面全域を絶縁材で覆ったことを特徴とする回路遮断器。
3. 請求項２に記載の回路遮断器において、消弧グリッド板の内面を覆う絶縁材が、Ｕ字状に二つ折した消弧グリッド板の内側に挟み込んだ絶縁板であることを特徴とする回路遮断器。
4. 請求項２に記載の回路遮断器において、消弧グリッド板の内面を覆う絶縁材が、Ｕ字状に二つ折した消弧グリッド板の内面に被着した絶縁被膜であることを特徴とする回路遮断器。
5. 請求項１ないし４のいずれかの項に記載の回路遮断器において、消弧グリッド板の材質が磁性金属材であることを特徴とする回路遮断器。