JP2019200942A - 直流高速度遮断器の消弧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流高速度遮断器の消弧室は、磁性グリッドを一方向に配列して構成するため、大形化する傾向があるが、これを小型化しかつアークの素早い駆動と、それに伴う高い限流性能の確保が可能な消弧装置を得る。【解決手段】固定接点１と、固定接点１に対して接離自在な可動接点３と、接点開極時に発生するアークを消弧室１４に駆動させるために固定接点１からアークを転移される固定側アークランナ１０と、可動接点３からアークを転移される可動側アークランナ１１と、固定側アークランナ１０と１可動側アークランナ１１の間に設けられアークを複数に分割するための中間ランナ１２とを備え、中間ランナ１２にて分割したアークを消弧する磁性グリッド１３が所定間隔で一方向に向けて配置された複数の消弧室１４Ａ，１４Ｂをアークの伸張方向を直流高速度遮断器の上方に向けるよう互いに平行して配設した。【選択図】図１

Description

この出願は、直流高速度遮断器の消弧装置の構造に関するものである。

直流高速度遮断器では固定接点を有する固定子と、固定子に対して接離自在な可動接点を有する可動子と、接点間に発生したアークを接点から移行させるアークランナと、アークを消弧する消弧室を有する。アークランナは固定子と可動子の近傍にそれぞれ配置され、アークランナを駆動したアークは消弧室に複数配置されたグリッドに進入し分断されることで直流回路の電源電圧以上のアーク電圧が発生することで限流遮断が行われる。

特開２０１６−０８５８３１号公報 特開２０１４−２３８９３４号公報 特許第６２０３４２８号公報

従来の直流高速度遮断器では、特許第６２０３４２８号（特許文献３）のように消弧室の多数のグリッドを所定の間隔をおいて一方向に並べて配置するため、遮断器の消弧装置が大形化する傾向にあるが、例えば、小型化を要求されるスイッチギヤに収納する直流高速度遮断器では、その収納スペースを小さくするために消弧室の小型化が求められている。
直流遮断器を小型化する事例として、特開２０１６−０８５８３１（特許文献１）と特開２０１４−２３８９３４（特許文献２）に開示された回路遮断器の消弧装置では、可動接点と固定接点間で発生したアークを分割する中間ランナを配置し、分割されたアークを個々に消弧する複数の消弧室を備えることで、消弧室を並列に配置できるため、消弧室を小形化している。

しかし、上述の消弧室構造では、分割したアークを並列に配置した消弧室にそれぞれ駆動させる必要があるが、その駆動方向は可動子と固定子およびアークランナにて発生するアークへの電磁力による駆動方向と同一方向ではない。そのため、中間ランナにてアークを分割した後の消弧室へのアーク駆動は、接点およびアークランナにて発生した導電性のホットガスの流れにのみ依存するため、アークの素早い駆動と、それに伴う高い限流性能の確保が難しいという課題があった。また、特許文献１および特許文献２に開示された遮断器構造では遮断容量を大きくすることが困難であり、直流高速度遮断器のような大容量の遮断器にそのまま適用することは困難であった。

この出願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、上記特許文献に開示された直流遮断器よりも大容量で、かつ高速遮断を行う直流高速度遮断器において、大容量の遮断を可能としつつ消弧室のサイズを小さくできる直流高速度遮断器を得ることを目的とする。

この出願に開示される直流高速度遮断器の消弧装置は、固定接点を有する固定子と、前記固定接点に対して接離自在な可動接点を有する可動子と、接点開極時に発生するアークを消弧室に駆動させるために前記固定接点からアークを転移される固定側アークランナと、前記可動接点からアークを転移される可動側アークランナと、前記固定側アークランナと前記可動側アークランナとに対向して設けられアークを複数に分割するための中間ランナとを備え、前記中間ランナにて分割したアークを消弧する磁性グリッドが所定間隔で一方向に向けて配置された複数の消弧室を設けるとともに、複数の前記消弧室はアークの伸張方向を直流高速度遮断器の上方に向けるよう互いに平行して配設されることを特徴とするものである。

この出願に開示される直流高速度遮断器の消弧装置によれば、中間ランナにて分割したアークを消弧する磁性グリッドが所定間隔で一方向に向けて配置された複数の消弧室がアークの伸張方向を直流高速度遮断器の上方に向けて、互いに平行して配設されることで、遮断器の高さを低く構成することが可能になる。

実施の形態１に係る直流高速度遮断器の構成全体の概略を示す縦断面図。 実施の形態１に係る直流高速度遮断器の消弧装置を示す斜視図。 図２に示す消弧装置部分の（ａ）側面図および（ｂ）上面図。 固定側アークランナおよび可動側アークランナならびに中間ランナを示す斜視図。 アークの動きを説明するための接点部分と各アークランナのみを示した（ａ）側面図と（ｂ）斜視図。 中間ランナのスリットによるアーク駆動への効果を示す中間ランナの接点開閉部からみた正面図。 実施の形態２に係るアークランナ構造を示す斜視図。 実施の形態３に係る中間ランナ構造を示す斜視図。 実施の形態１に係る図４（ａ）のアークランナ構造を示す三面図。 実施の形態１に係る図４（ｂ）の中間ランナ構造を示す三面図。 実施の形態２に係る図７のアークランナ構造を示す三面図。 実施の形態３に係る図８の中間ランナ構造を示す三面図。

実施の形態１．
実施の形態１を図１から図６ならびに図９および図１０に基づいて説明する。図１は実施の形態１である直流高速度遮断器の構成全体の概略を示す縦断面図、図２は直流高速度遮断器の消弧装置を示す斜視図で、図２（ａ）は隔壁を表示した図、図２（ｂ）は隔壁を非表示にした図である。図３（ａ）は図２に示す消弧装置部分の側面図、図３（ｂ）は上面図を示す。図４は実施の形態１のアークランナを示し、図４（ａ）は固定側アークランナおよび可動側アークランナを示す斜視図で、図４（ｂ）は中間ランナを示す斜視図である。

まず、実施の形態１に係る直流高速度遮断器について説明する。直流高速度遮断器（以下、遮断器と称す）は、電流通電時において、固定接点１を有する固定子２と固定子２に対して接離自在な可動接点３を有する可動子４が、投入アクチュエータ５により固定子２の方向へ移動し接触することで、上部導体６と下部導体７を介して電流を通電している。
電流遮断時において、事故電流が流れると、下部導体７に配置された検出器８が事故電流を検知することで動作し、可動子４を保持していたラッチ９を解除することで可動子４が固定子２から解離し、開極動作が行われる。

電流遮断時に開極動作が行われると、固定接点１と可動接点３の間でアークが発生する（以下、発弧と称す）。接点１，３間で発生したアークは、固定子２の近傍に配置されている固定側アークランナ１０と可動子４の近傍に配置されている可動側アークランナ１１に飛び移り転移される（以下、転流と称す）。その後固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１の間で発生しているアークの中央部分にて分割するために、各アークランナ１０，１１の中間に配置される中間ランナ１２への転流が行われる。それより、固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１間にて発生していた１本のアークは中間ランナ１２を介することで２本のアークへ分割される。
また、図２に示すように中間アークランナ１２の上部には分割したアークの橋絡を防ぐための隔壁１８を備えており、その隔壁１８を中央として左右に消弧室１４Ａおよび消弧室１４Ｂが配置されている。

分割されたアークは、固定側および可動側アークランナ１０，１１ならびに中間アークランナ１２を流れる電流による電磁力と、発弧の際などに発生した導電性のホットガスの流れにより、それぞれのランナ１０，１１，１２を接点１，３から離れる方向へ走行路ＡＲにおいて走行し、薄板状の磁性体からなるグリッド１３の近傍まで駆動される。
グリッド１３は絶縁板スペーサ（図示せず）と交互に一方向（図１表示面の上方向）へ一定間隔を持って積層配置されことにより消弧室１４Ａ，１４Ｂからなる消弧室１４が構成され、グリッド１３の近傍まで走行したアークは一定の所定間隔を持って一定の方向へ向けて配置された複数のグリッド１３からなるグリッド群へ進入し分断されることでアーク電圧が上昇し、直流回路の電源電圧以上となることで限流遮断が行われる。

図４（ａ）に固定側および可動側アークランナの斜視図、図４（ｂ）に中間ランナの斜視図を示す。固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１は中間ランナ１２にてアークを分割した後にそれぞれの消弧室１４Ａ，１４Ｂへアークを駆動させるため、消弧室１４Ａ，１４Ｂの方向へ誘導できるように曲がった構造をしている。また、中間ランナ１２も同様に、アークが転流するランナ下部のＵ字屈曲箇所１５から、消弧室１４Ａ，１４Ｂの方向へ誘導できるように曲がった構造をしている。
なお、図４（ａ）に対応する固定側および可動側アークランナの三面図を図９に示しており、図４（ｂ）に対応する中間ランナの三面図を図１０に示している。図９（ａ）は固定側および可動側アークランナ１０，１１の上面図、図９（ｂ）は端面図、図９（ｃ）は側面図である。図１０（ａ）は中間ランナ１２の上面図、図９（ｂ）は端面図、図９（ｃ）は側面図である。

図５は、発弧から遮断までのアークの動きを説明するための接点部分と各アークランナのみを示した図で、図５（ａ）は側面図、図５（ｂ）は斜視図である。発弧したアーク１６Ａはランナ１０，１１に転流してアーク１６Ｂの状態となり、中間ランナ１２に転流することで固定側アークランナ１０と中間ランナ１２間のアーク１６Ｃと、可動側アークランナ１１と中間ランナ１２間のアーク１６Ｄに分割される。そして、前記したように電磁力とホットガスによりアーク１６Ｃは固定側アークランナ１０と中間ランナ１２に沿って図３（ｂ）に示す固定側消弧室１４Ａの方向（図５の１７Ａ方向）へ駆動し、その後固定側消弧室１４Ａにて消弧され、アーク１６Ｄは図３（ｂ）に示す可動側消弧室１４Ｂ（図５の１７Ｂ方向）へ駆動し、その後可動側消弧室１４Ｂにて消弧される。

次に、前記構成の中間ランナ１２の消弧機能に対する効果を説明する。図５に示すように発弧し転流したアークは、中間ランナ１２のＵ字屈曲箇所１５に転流しアーク１６Ｃとアーク１６Ｄに分割される。
ここで、中間ランナ１２での分割後のアーク駆動において、それぞれのアーク１６Ｃ，１６Ｄをランナ１２の上部に配置された各消弧室１４Ａ，１４Ｂの方向へ駆動させるために、分割後のアークを上方向だけでなく左右へ駆動させる必要がある。
そのために、実施の形態１の中間ランナ１２は、中間ランナ１２の伸長方向が変化する箇所１５に電流経路を制御するためのスリット１９を付け加える構造としている。

図６は中間ランナのスリットによるアーク駆動への効果を示す中間ランナ１２の正面図である。なお、説明と図の簡略化のため、図６は固定側アークランナ１０と中間ランナ１２間で発生するアーク１６Ｃのみについて図示し説明しており、中間ランナ１２上でアーク１６Ｃが走行する表面部分のみを図示している。
転流し発弧したアーク１６Ｂは、電流による電磁力と、発弧の際などに発生した導電性のホットガスの流れにより、図中黒矢印で示される電磁力により、図６表示面の上方向へ駆動し、中間ランナ１２下部のＵ字屈曲箇所１５にアークが転流し、アークが１６Ｃ−１とアーク１６Ｄ（図６表示面の奥反対側、図示せず）の２つに分割される。分割されたアーク１６Ｃ−１は同様の力Ｆを受け続け、スリット１９Ａを飛び越えアーク１６Ｃ−２の位置に達する。
ここで、前記しているように、分割後のアーク駆動において、それぞれのアークをランナ１２の上部に配置された各消弧室１４Ａ，１４Ｂの方向へ駆動させるために、分割後のアークを上方向だけでなく左右へ駆動させる必要がある。図６においては、分断後のアーク１６Ｃ−１を消弧室１４Ａへ駆動させるため、図６表示面の左上方向へ駆動させる必要がある。

実施の形態１の中間ランナ１２ではアーク電磁駆動力を高め分割後のアークを任意の方向に向けて駆動させるため、ランナの伸長方向が変化して曲がっている箇所にスリット１９Ａ，１９Ｂを入れることで、中間ランナ１２内部を流れる電流の経路を制御し、消弧室１４Ａ，１４Ｂの方向（図６表示面の左上方向）へのアーク駆動力を発生させている。
１６Ｃ−２までアークが駆動されたとき、中間ランナ１２内部に流れる電流はスリット１９Ａの影響により図６の破線矢印２１で示す経路となる。経路が変化したことにより、アーク１６Ｃ−２が中間ランナ１２内部に流れる電流による電磁力は図示されているように図６表示面における左方向となる。
アーク１６−２は左方向の電磁力を受け続け、アーク１６Ｃ−３の位置まで達する。１６Ｃ−３まで達したアークは、次はスリット１９Ｂにより図中破線で示される中間ランナ１２内部の電流経路となり、アーク１６Ｃ−３は上方向の電磁力を受け、消弧室１４Ａ方向に駆動される。
つまり、中間ランナ１２の内部を流れる電流の経路がそれぞれのスリット１９を迂回する経路となり、中間ランナ１２の内部を流れる電流によるアークへの電磁力がランナ１２の伸長方向と同じとなるため、消弧室１４Ａ，１４Ｂへのアークの素早い駆動が可能となり、高い限流性能を得ることができる。

以上のように実施の形態１によれば、中間ランナ１２を消弧装置１４に設け、消弧室１４を複数配置し、中間ランナ１２にて分割されたアークを消弧する磁性グリッド１３を一定の所定間隔で一方向に配置された消弧室１４Ａ、１４Ｂとして構成して、これら複数の消弧室１４Ａ、１４Ｂをアークの伸張方向を直流高速度遮断器の上方に向けるよう水平方向で互いに平行して配設することで、アーク分割による消弧室１４の小形化を実現できるとともに、中間ランナ１２の構造にスリット１９を追加することにより、中間ランナ１２内部を流れる電流経路によるアークへ働く電磁力の方向とランナの伸長方向が同一とすることができ、アークを消弧室１４の方向へ確実に駆動させることができ、素早いアーク駆動による高い限流性能を得ることができる。

また、消弧室１４の下部において、固定側アークランナ１０および可動側アークランナ１１ならびに中間ランナ１２のアーク走行部ＡＲを水平方向に延在して配設することで、消弧室１４の高さをギリギリまで低減できる。

以上に示す実施の形態１の通り、この出願では、中間ランナ１２にてアークを分割し、複数の消弧室１４Ａ，１４Ｂにて遮断を行う遮断器においても素早いアークの駆動が行える構造を得ることを目的としており、中間ランナ１２にて分割したアークを消弧する磁性グリッド１３が一定間隔で一方向に配置された複数の消弧室１４Ａ，１４Ｂをアークの伸張方向を直流高速度遮断器の上方に向けて、互いに平行して備えるとともに、中間ランナ１２の伸長方向の変化箇所にスリット１９Ａ，１９Ｂを付ける構造としたものである。

実施の形態２．
実施の形態２を図７に基づいて説明する。図７は実施の形態２に係るアークランナ構造を示す斜視図であり、実施の形態１で記載した中間ランナ１２のランナ伸長方向変化箇所のスリット１９Ａ，１９Ｂを、固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１にも付け加えたものである。固定側および可動側アークランナ１０，１１には、それぞれスリット１９Ａ，１９Ｂがランナ伸長方向変化箇所に設けられている。
このような構造とすることで、中間ランナ１２の電磁駆動力に加えて固定側および可動側のアークランナ１０，１１でもアークに働く電磁駆動力を増大させることができ、更なる限流性能の向上を行うことができる。
なお、図７に対応するスリット１９Ａ，１９Ｂを設けた固定側および可動側アークランナ１０，１１の三面図を図１１に示している。図１１（ａ）は固定側および可動側アークランナ１０，１１の上面図、図１１（ｂ）は端面図、図１１（ｃ）は側面図である。

実施の形態３．
図８は実施の形態３に係る中間ランナ構造を示す斜視図であり、中間ランナ１２のランナ伸長方向変化箇所にスリット２２を設け、スリット２２の間隙部分に絶縁物ＳＲを充填したものである。中間ランナ１２のスリット２２は中間ランナ１２の内部での電流経路を制御するために付け加えているものであるため、電流経路を制御できるならば図のように絶縁物ＳＲを充填した構造でも構わない。また、絶縁物ＳＲを充填することで、中間ランナ１２のアーク走行箇所のエッジをなくすことができ、ホットガスの滞留の防止とエッジ部での再点弧などを防ぐことができる。絶縁物ＳＲの材料は、耐熱性に優れたもの、あるいは難燃性のものなどが挙げられ、例えば不飽和ポリエステル樹脂またはポリアミド樹脂あるいはセラミックなどである。
なお、スリット２２の間隙部分に絶縁物ＳＲを充填した中間ランナ１２の三面図を図１２に示している。図１２（ａ）は中間ランナ１２の上面図、図１２（ｂ）は端面図、図１２（ｃ）は側面図である。

なお、この出願における技術思想としての開示事項は、その技術範囲内において、実施の形態を自由に組合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 固定接点、２ 固定子、３ 可動接点、４ 可動子、５ 投入アクチュエータ、６ 上部導体、７ 下部導体、８ 検出器、９ ラッチ、１０ 固定側アークランナ、１１ 可動側アークランナ、１２ 中間ランナ、１３ グリッド、１４ 消弧室、１４Ａ 可動側消弧室、１４Ｂ 固定側消弧室、１５ 中間ランナ転流部Ｕ字屈曲箇所、１６ アーク、１６Ａ 発弧時アーク、１６Ｂ 転流時アーク、１６Ｃ 固定側アークランナと中間ランナ間のアーク、１６Ｄ 可動側アークランナと中間ランナ間のアーク、１７ 中間ランナ分割後のアーク駆動方向、１８ 隔壁、１９，１９Ａ，１９Ｂ スリット、２０ アークに働く電磁駆動力の方向、２１ 中間ランナ内部を流れる電流経路、２２ スリット。

Claims (5)

1. 固定接点を有する固定子と、前記固定接点に対して接離自在な可動接点を有する可動子と、接点開極時に発生するアークを消弧室に駆動させるために前記固定接点からアークを転移される固定側アークランナと、前記可動接点からアークを転移される可動側アークランナと、前記固定側アークランナと前記可動側アークランナとに対向して設けられアークを複数に分割するための中間ランナとを備え、前記中間ランナにて分割したアークを消弧する磁性グリッドが所定間隔で一方向に向けて配置された複数の消弧室を設けるとともに、複数の前記消弧室はアークの伸張方向を直流高速度遮断器の上方に向けるよう互いに平行して配設されることを特徴とする直流高速度遮断器の消弧装置。
2. 前記中間ランナは前記中間ランナの伸長方向変化箇所にスリットを設けたことを特徴とする請求項１に記載の直流高速度遮断器の消弧装置。
3. 前記固定側アークランナと前記可動側アークランナのアークランナ伸長方向変化箇所にスリットを有することを特徴とする請求項２に記載の直流高速度遮断器の消弧装置。
4. 前記スリット部分に絶縁物が充填されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の直流高速度遮断器の消弧装置。
5. 消弧室の下部において、前記固定側アークランナおよび前記可動側アークランナならびに前記中間ランナのアーク走行部を水平方向に延在して設けたことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の直流高速度遮断器の消弧装置。

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