JP2022049539A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】アークの消弧が遅くなることを防止することができる回路遮断器を提供すること。【解決手段】回路遮断器（１０）は、固定接点（１７）が設けられた固定子（１１）と、固定接点に接触可能な可動接点（１８）が設けられた可動子（１２）と、可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる回転軸（１３）と、可動子の開極動作にて固定接点及び可動接点の間で生じるアーク（Ｋ）を消弧する消弧部（２０）と、可動子の開極動作にて、可動接点と固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より固定接点と可動接点との接触位置を消弧部に接近させる接点回動部（１４）とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、電力系統を遮断及び接続する回路遮断器に関する。

特許文献１においては、固定側主接点と可動子の一端に装着された可動側主接点とを接触させて電流を通電する回路遮断器が開示されている。可動子は、回転軸を介して回動可能に支持されている。固定側主接点の上部には固定側アーク接触子が配置され、可動側主接点の上部には可動側アーク接触子が配置されている。固定側アーク接触子と可動側アーク接触子との間には、開極動作時（遮断時）にアークが発生する。

固定側アーク接触子と可動側アーク接触子は、開極動作において、固定側主接点及び可動側主接点の乖離動作の後に少し遅れて乖離し、アークが固定側アーク接触子と可動側アーク接触子との間で発生する。固定側アーク接触子と可動側アーク接触子の上部には、アークを消弧室内の上部へと導くため、発生したアークを転流させるアークホーンが配置されている。

国際公開第２０１７／１８３６７９号

特許文献１にあっては、開極動作で可動子が回転軸周りに回動するので、固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子の各接触面の回転軸寄りが近接するハの字状になって乖離する。この乖離にて、固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子における回転軸寄りの端部が、その反対側の端部に比べて遅れて離れ、回転軸寄りの端部間でアークが発生する。固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子における回転軸寄りの端部はアークホーンから遠くなるので、アークホーンへの転流が遅くなり、ひいては、消弧するタイミングも遅くなる、という問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アークの消弧が遅くなることを防止することができる回路遮断器を提供することを目的とする。

本発明の回路遮断器は、固定接点が設けられた固定子と、前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、可動子の開極動作にて、固定接点及び可動接点が離れ、それらの間に発生したアークが消弧部に遅れて転流されることを接点回動部によって抑制でき、アークの消弧時間を短縮することができる。

実施の形態に係る回路遮断器の概略構成図である。 上記回路遮断器の開極動作中となる図１と同様の構成図である。 上記回路遮断器の開極動作中となる図１と同様の構成図である。 上記回路遮断器の開極動作中となる図１と同様の構成図である。 上記回路遮断器の開極動作完了後の図１と同様の構成図である。 図６Ａは図３の部分拡大図であり、図６Ｂは比較構造に係る図６Ａと同様の拡大図である。

以下、添付図面を参照して、実施の形態にかかる回路遮断器について説明する。図１は、実施の形態に係る回路遮断器の概略構成図である。なお、回路遮断器は、図１に示す構成に限定されない。図１に示す回路遮断器は一例に過ぎず、適宜変更が可能である。本実施の形態に係る回路遮断器は、負荷電路に流れる短絡電流又は過負荷電流の過電流を遮断する配線遮断器や漏電遮断器に適用されるが、他の大型の気中遮断器や、消弧ガスを用いたガス遮断器に適用してもよい。

本実施の形態に係る回路遮断器は、ケース及びカバーからなる絶縁容器に、過電流を検知する電流検知機構、それにより可動子を開極させる可動子開極機構（いずれも不図示）、及び、短絡回路に流れる電流を急速に限流させて電流を遮断する以下に述べる機構等を収めた構成になっている。

図１に示すように、回路遮断器１は、図１中下方に位置する固定子１１と、固定子１１の上方に位置する可動子１２と、可動子１２を回動（可動）させる回転軸１３と、回転軸１３と可動子１２とを連結するよう設けられた接点回動部１４とを備えている。固定子１１には固定接点１７が設けられ、可動子１２には固定接点１７に接触可能な可動接点１８が設けられる。回転軸１３周りの可動子１２の回動によって固定接点１７及び可動接点１８は接離可能に設けられ、接触状態で通電（閉極）し、離間状態で通電を遮断（開極）する。言い換えると、回転軸１３周りの可動子１２の回動によって可動子１２が開極動作及び閉極動作可能となり、かかる回転軸１３を含んで遮断動作部が構成される。また、回路遮断器１は、固定接点１７及び可動接点１８を挟んで回転軸１３と反対側（図１中右側）に位置する消弧部２０を更に備えている。

固定子１１は、導電性の材料で形成されている。固定子１１は、固定接点１７が設けられた固定接点支持部１１ａと、固定接点支持部１１ａから図１中右側に延出する延出部１１ｂとを備えている。固定接点支持部１１ａと延出部１１ｂとは一体に形成され、互いに電気的にかつ機械的に接続されている。固定子１１は、前述のケースに固定され、図示しない電源側端子と一体に形成、もしくは他の導電部材を介して電源側端子と電気的に接続されている。

可動子１２は、固定子１１と対向する面に可動接点１８が設けられている。可動子１２は、図１中左端側から接点回動部１４に支持されている。

固定接点１７及び可動接点１８は、消弧部２０側（回転軸１３側と反対側）となる図１中右側に位置する第１端部１７ａ、１８ａと、第１端部１７ａ、１８ａを挟んで消弧部２０と反対側（回転軸１３側）となる図１中左側に位置する第２端部１７ｂ、１８ｂとをそれぞれ有している。

固定接点１７の第１端部１７ａ及び可動接点１８の第１端部１８ａは、消弧部２０側に向かって徐々に細くなる先細の先端形状に形成されている。かかる先端形状に形成されることで、固定子１１と固定接点１７の第１端部１７ａとの間に隙間Ｓ１が形成され、可動子１２と可動接点１８の第１端部１８ａとの間にも隙間Ｓ２が形成される。各隙間Ｓ１、Ｓ２は、図１中右側（消弧部２０側、回転軸１３と反対側）が開放するように形成されている。各隙間Ｓ１、Ｓ２は、右側の開放位置から各接点１７、１８の先細となる領域よりも図１中左側に延出して形成されている。本実施の形態では、固定子１１側の隙間Ｓ１の方が、可動子１２側の隙間Ｓ２より左右方向の延出長さが長く形成されている。

接点回動部１４は、回転軸１３と相対回転不能に連結される第１回転体２３と、可動子１２を支持する第２回転体２４とを備えている。各回転体２３、２４を含む接点回動部１４は、回転軸１３と共に回転軸１３周りに回動され、該回動によって可動子１２も回転軸１３周りに回動される。

第１回転体２３と第２回転体２４とは、ピン２５を介して相対回転可能に設けられている。また、接点回動部１４は、圧縮ばねにより構成されて第２回転体２４に常時力を加える押さえ部材２６を更に備えている。押さえ部材２６は、第１回転体２３の上面から第２回転体２４の上面側に延びるアーム２７の先端側に支持されている。押さえ部材２６は、ピン２５周りにて第２回転体２４が図１中時計回りに回転する方向の力を加え、言い換えると、固定接点１７及び可動接点１８が接触（圧接）する方向の力を第２回転体２４に加えている。

押さえ部材２６は、第２回転体２４がピン２５周りで図１中反時計回りに回転することを規制する機能を有する。また、ピン２５周りでの第１回転体２３に対する第２回転体２４の時計回りの相対回転は、図４及び図５に示す回転角度において、図示しないストッパを介して規制される。

消弧部２０は、一方向に所定の間隔を置いて層状に配列された複数の磁性グリッド２８を有し、この複数の磁性グリッド２８により固定接点１７及び可動接点１８の間で生じるアークＫ（図１では不図示、図４及び図５参照）を分断して消弧する。各磁性グリッド２８は磁性材料で形成されている。各磁性グリッド２８は、図示しない絶縁性の部材により所定の間隔を置いて固定配置されている。

消弧部２０は、導電性の材料からなるアークランナー２９を更に備えている。アークランナー２９は、開極動作後における可動子１２の先端側から最上位の磁性グリッド２８の上方に向かって延出している。ここで、固定子１１の延出部１１ｂは、最下位の磁性グリッド２８の下方に延出しており、消弧部２０におけるアークランナーとして機能する。よって、消弧部２０は、磁性グリッド２８の並び方向両側に一対のアークランナーを備えている。

続いて、上記回路遮断器１の開極動作について図１に加えて図２から図５を参照して説明する。図２から図４は、上記回路遮断器の開極動作中となる図１と同様の構成図であり、図５は、上記回路遮断器の開極動作完了後の図１と同様の構成図である。

上記回路遮断器１では、図１に示す閉極状態にて、図示しない電流検知機構が過電流を検知した際、可動子開極機構が働き、回転軸１３を駆動して可動子１２及び接点回動部１４が開極動作する。若しくは、短絡電流の通電により各接点１７、１８に作用する電磁反発力により可動子１２及び接点回動部１４が開極動作する。

図２に示すように、開極動作の初期段階（初期状態）において、回転軸１３周りで接点回動部１４の第１回転体２３が反時計回りに回転変位する。このとき、第２回転体２４はピン２５を介して第１回転体２３に連結されるので、第１回転体２３と相対回転する。より具体的には、押さえ部材２６によって第２回転体２４が押さえ付けられ、ピン２５を中心位置として第２回転体２４が時計回りに回転変位する。また、押さえ部材２６が第２回転体２４に加える力によって、固定接点１７及び可動接点１８の接触状態が維持される。

図３に示すように、後述するアークＫの発生直前状態すなわち可動接点１８と固定接点１７とが離れる時点では、図２に示す状態から第１回転体２３と第２回転体２４との相対回転が更に進行する。かかる相対回転によって、図１に示す閉極状態より図３に示す状態の方が固定接点１７及び可動接点１８の接触位置を消弧部２０に接近させることができる。このとき、固定接点１７及び可動接点１８の第２端部１７ｂ、１８ｂより第１端部１７ａ、１８ａ寄りの位置にて相互に接触した状態としつつ第２端部１７ｂ、１８ｂ同士が離れる方向に変位した状態となる。よって、第２端部１７ｂ、１８ｂを先行して乖離でき、第１端部１７ａ、１８ａ寄りの領域を遅れて乖離させることができる。

また、固定接点１７及び可動接点１８の第１端部１７ａ、１８ａは、消弧部２０側に向かって徐々に細く尖った先端形状となるので、固定接点１７及び可動接点１８が乖離する直前の接触位置を、第１端部１７ａ、１８ａに近付けることができる。

図４に示すように、開極動作における固定接点１７及び可動接点１８が完全に乖離する初期段階にて、固定接点１７及び可動接点１８の間にアークＫが生じる。発弧したアークＫは固定接点１７及び可動接点１８によって生成される自己磁界の作用によって、磁性グリッド２８方向に伸長する。発弧時に固定接点１７及び可動接点１８からアークジェットＪが発生し、各接点１７、１８間で衝突するが、アークＫが磁性グリッド２８方向に伸びているため、衝突したアークジェットＪも磁性グリッド２８方向に流れる。

磁性グリッド２８方向に伸長したアークＫは、固定接点１７及び可動接点１８の相互の電磁反発作用で扇型の電流経路を形成する。そして、図５に示すように、伸長したアークＫはアークランナー２９及び固定子１１の延出部１１ｂに接触及び転流し、自己磁界によって磁性グリッド２８に駆動する。磁性グリッド２８まで到達したアークＫは、磁性グリッド２８で分断及び冷却され、アーク電圧が系統電圧以上に高まることで直流遮断が達成される。

図６Ａは、図３の部分拡大図である。図６Ａに示す状態で、固定接点１７及び可動接点１８の接触位置を第２端部１７ｂ、１８ｂより第１端部１７ａ、１８ａに接近させることができる。ここで、上述したように隙間Ｓ１、Ｓ２を形成したので、図中矢印で示す経路にて電流を流すことができる。かかる電流の流れによって形成される磁束を発弧直後のアークＫに鎖交させることができ、発生したアークＫの磁性グリッド２８方向への伸長を促進することができる。なお、図６Ａに示す状態にて、固定子１１における固定接点１７の取付面から固定接点１７及び可動接点１８の接触位置を結ぶ仮想垂線（二点鎖線で図示）を設定した場合、該仮想垂線が隙間Ｓ１を通過するよう隙間Ｓ１が形成される。同様にして、可動子１２における可動接点１８の取付面から固定接点１７及び可動接点１８の接触位置を結ぶ仮想垂線（二点鎖線で図示）を設定した場合、該仮想垂線が隙間Ｓ２を通過するよう隙間Ｓ２が形成される。

上記実施の形態によれば、開極動作における接点回動部１４の動作によって、固定接点１７及び可動接点１８の第２端部１７ｂ、１８ｂを先行して乖離できる（図２及び図３参照）。これにより、図３の状態の方が図１の状態より固定接点１７と可動接点１８との接触位置を消弧部２０に接近させることができる。その結果、アークＫを消弧部２０に近い位置で発生させてアークＫをアークランナー２９及び固定子１１の延出部１１ｂに転流するタイミングを早くでき、ひいては、アークＫの消弧が遅くなることを防止することができる。ここで、図６Ｂの比較構造を上記実施の形態の構成と対比する。図６Ｂは、比較構造に係る図６Ａと同様の拡大図である。図６Ｂの比較構造は、上記実施の形態に対し、接点回動部１４でのピン２５周りの各回転体２３、２４（何れも図１参照）の相対回転を規制しており、上記実施の形態に対応する構成については、便宜上同じ符号が付される。図６Ｂの比較構造においては、回転軸１３（図１参照）周りの可動子１２の開極動作によって、固定接点１７及び可動接点１８における第２端部１７ｂ、１８ｂが最も遅く離れるようになる。このため、図６Ｂの比較構造では消弧部２０（図１参照）と反対側にてアークＫが発生し、アークＫを消弧部２０に転流することが遅くなる。言い換えると、実施の形態の方が比較構造に比べてアークＫを消弧部２０に早く転流してアークＫの消弧時間を短縮することができる。

また、アークＫの発生位置を消弧部２０に近付けることで、上述の衝突したアークジェットＪの流れを形成可能としてアークＫを消弧するタイミングを早くすることができる。更に、アークジェットＪの衝突位置が磁性グリッド２８寄りとなることで、固定接点１７及び可動接点１８より図３中左側の各構造の絶縁性能を向上でき、絶縁用の構造等を省略して装置全体の小型化を図ることができる。

また、接点回動部１４を各回転体２３、２４及び押さえ部材２６によって構成することで、簡略な構造にて固定接点１７及び可動接点１８の第２端部１７ｂ、１８ｂを先行して乖離させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、向きなどについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、接点回動部１４や消弧部２０は、上記実施の形態と同様の機能を発揮する限りにおいて、種々の構成を採用することができる。また、遮断動作部は、回転軸１３に代えて可動子１２を直線方向等に動作させて開極動作及び閉極動作を行える構成にしてもよい。更に、固定接点１７及び可動接点１８の接触位置は、その接触状態のまま開極した場合に実際にアークＫが最初に発生する位置のことを意味し、点状や面状となる領域とされる。

１ 回路遮断器
１１ 固定子
１２ 可動子
１３ 回転軸（遮断動作部）
１４ 接点回動部
１７ 固定接点
１７ａ 第１端部
１７ｂ 第２端部
１８ 可動接点
１８ａ 第１端部
１８ｂ 第２端部
２０ 消弧部
２３ 第１回転体
２４ 第２回転体
２６ 押さえ部材
Ｋ アーク
Ｓ１、Ｓ２ 隙間

Claims (7)

1. 固定接点が設けられた固定子と、
   前記固定接点に接触可能な可動接点が設けられた可動子と、
   前記可動子を可動させて開極動作及び閉極動作させる遮断動作部と、
   前記可動子の開極動作にて前記固定接点及び前記可動接点の間で生じるアークを消弧する消弧部とを備え、
   前記可動子の開極動作にて、前記可動接点と前記固定接点とが離れる時点の方が閉極状態より前記固定接点と前記可動接点との接触位置を前記消弧部に接近させる接点回動部を更に備えることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記固定接点及び前記可動接点は、前記消弧部側に位置する第１端部と、該第１端部を挟んで前記消弧部と反対側に位置する第２端部をそれぞれ有し、
   前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点における前記第２端部より前記第１端部寄りの位置にて相互に接触した状態で、前記第２端部同士を離れる方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記固定接点及び前記可動接点それぞれの前記第１端部は、前記消弧部側に向かって徐々に細くなる形状であることを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。
4. 前記接点回動部は、前記可動子を所定の回転軸周りに回動させる第１回転体と、該第１回転体に相対回転可能に設けられて前記可動子を支持する第２回転体とを備え、前記第１回転体と前記第２回転体とは、前記可動子の開極動作にて相対回転することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回路遮断器。
5. 前記接点回動部は、前記可動子の開極動作にて、前記固定接点及び前記可動接点が接触する方向の力を前記第２回転体に加える押さえ部材を更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の回路遮断器。
6. 前記回転軸と前記消弧部とは、前記固定接点及び前記可動接点を挟んで反対側に位置することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回路遮断器。
7. 前記固定子と前記固定接点の前記第１端部との間、及び、前記可動子と前記可動接点の前記第１端部との間にはそれぞれ隙間が形成されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回路遮断器。

Images