JP2023094823A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】収納される配電盤などの装置の小型化が可能であり、しかも作業性に優れる回路遮断器を提供する。【解決手段】回路遮断器１０は、電源側端子１２に接続される固定子２４と、負荷側端子１４に接続されて固定子２４に対して接離する可動子２６と電流遮断時に固定子２４と可動子２６との間に発生するアークＡを消弧するための複数のグリッド５２と、グリッド５２が収納されている消弧室３０と、消弧室３０に形成されてアークＡから発生するホットガスＧを排出する排気口５０と、消弧室３０内でホットガスＧが触れる箇所に設けられた電圧誘導体６２とを有する。電圧誘導体６２は抵抗器６４を介して負荷側端子１４と接続されている。電圧誘導体６２は、消弧室３０における固定子２４の固定接点２４ａと対向する側の第１壁４４に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、端子間で回路を接続および遮断する回路遮断器に関する。

回路遮断器において、電流遮断時のアークから発生するホットガスは電極材料や消弧用の金属グリッドの溶発ガスを含むため、導電性のガスとなっている。回路遮断器では、消弧室の内圧上昇を抑制するため排気口を通して導電性のホットガスを外部に排気する。

回路遮断器は配電盤の内部に配置されることがある。回路遮断器から排気された導電性を有するホットガスは、配電盤の金属筐体に接触すると地絡・短絡事故に発展する懸念がある。ホットガスの温度を十分に冷やすとともに十分に拡散させるように、排気口と配電盤筐体との間に広いアークスペースを確保する必要があり、装置の小型化が阻害されることになる。

このため、特許文献１に記載の回路遮断器では、排気口の外側に樹脂材料で構成したラビリンス構造物を配置し、ホットガスをこの構造物の内部で温度および導電率を低下させてから外部空間に排出している。

特開２０１７－１０３００５号公報

ところで、回路遮断器ではその構成上、ホットガスの排出口は端子の近傍に設けられることが多い。そのため、特許文献１に記載されているラビリンス構造物についても端子の近傍に配置されることになり、端子に対する電線の着脱作業が行いにくくなる。したがって、ラビリンス構造物は電線の接続作業後に装着することが好ましいが、それだけ作業工程が増えることになる。また、回路遮断器が三相である場合にはラビリンス構造物についても３つ装着する必要がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、収納される配電盤などの装置の小型化が可能であり、しかも作業性に優れる回路遮断器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回路遮断器は、一方および他方の端子間で回路を接続および遮断する回路遮断器であって、一方の端子に接続される固定子と、他方の端子に接続されて前記固定子に対して接離する可動子と、電流遮断時に前記固定子と前記可動子との間に発生するアークを消弧するための複数のグリッドと、前記グリッドが収納されている消弧室と、前記消弧室に形成されて前記アークから発生するホットガスを排出する排気口と、前記消弧室内で前記ホットガスが触れる箇所に設けられ、導体または抵抗体で構成されている電圧誘導体と、を有し、前記電圧誘導体は前記他方の端子と電気的に接続されていることを特徴とする。このような回路遮断器は、収納される配電盤などの装置の小型化が可能であり、しかも作業性に優れる。

前記電圧誘導体は、前記消弧室における前記固定子の固定接点と対向する側の第１壁に設けられていてもよい。これにより、ホットガスが一層電圧誘導体に触れやすくなる。

前記消弧室は、前記アークが伸長する際に移動する側に設けられた第２壁を有し、前記排気口は、前記第２壁における前記第１壁との隅部の近傍に設けられ、複数の前記グリッドの端部と前記第２壁との隙間において、前記第１壁の側へ向かって前記ホットガスを前記排気口から離間させるように傾斜した案内面が設けられていてもよい。これにより、ホットガスが電圧誘導体に導かれやすくなる。

前記電圧誘導体は、少なくとも前記第１壁における前記案内面の延長面と交差する箇所に設けられていてもよい。これにより、ホットガスが一層確実に電圧誘導体に触れるようになる。

前記電圧誘導体は抵抗器を介して前記他方の端子と接続されていてもよい。これにより、アークが電圧誘導体に転流されにくくなる。

本発明にかかる回路遮断器では、電圧誘導体は負荷側端子と接続されていることから、電圧誘導体に触れたホットガスは負荷側端子と同じか、またはそれに近い電圧まで電位が低下する。電位が低下したホットガスは排気口から排出された後に配電盤などに触れても地絡が発生する懸念がなく、アークスペースを抑制することができ、装置の小型化を図ることができる。また、このような作用は基本的に回路遮断器の内部で行われるため、排気口に対して外付けの付加要素が不要であり、電線端子の着脱の作業性が優れる。

図１は、本発明の実施形態にかかる回路遮断器の斜視図である。 図２は、回路遮断器の模式断面図である。 図３は、回路遮断器の一部拡大模式断面図である。 図４は、アークが発生した状況における回路遮断器および配電盤の断面側面図である。

以下に、本発明にかかる回路遮断器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかる回路遮断器１０の斜視図である。回路遮断器１０は、配線用遮断器および漏電遮断器などであり電源と負荷との間に設けられ、回路に大電流が流れることを検知して自動的に遮断する。回路遮断器１０は電源側端子（一方の端子）１２と負荷側端子（他方の端子）１４との間を接続および遮断する。回路遮断器１０は三相交流用であるが、二相用であってもよいし直流用であってもよい。

この場合の回路遮断器１０は三相交流用であることから、電源側端子１２は３つ設けられている。各電源側端子１２は両側を壁１５で仕切られた電線接続スペース１６の内部に設けられている。電線接続スペース１６は、電線の延在方向、および接続のためのネジを差し入れる方向の２方向が開口している。負荷側端子１４は電源側端子１２とは逆側にあり、電源側端子１２とほぼ同様の構成となっている。以下の説明では方向識別のために、電源側端子１２が設けられている側を電源側とも呼び、負荷側端子１４が設けられている側を負荷側とも呼ぶ。また、上下方向については各図の矢印に示すように識別する。これらの呼称は、説明の便宜上のものであり、回路遮断器１０の取付向きは制限されない。

図２は、回路遮断器１０の模式断面図である。図２では三相のうちの一相について示しているが各相とも同構成である。回路遮断器１０は本体２２内に、固定接点２４ａを備えた固定子２４と、固定子２４に対して相対的に動作を行い固定接点２４ａに対して可動接点２６ａを接離させる可動子２６とを備えている。

固定子２４は電源側端子１２から延在している電源側プレート２８の一部である。電源側端子１２は電源側プレートの一端部である。可動子２６は、軸２６ｂを中心として回動するアーム状の部材である。可動接点２６ａは可動子２６における先端で、固定接点２４ａと対面する側に設けられている。可動接点２６ａは、可動子２６の回動により消弧室３０の内部で昇降して固定接点２４ａに対して接離する。つまり、回路遮断器１０は可動子２６が倒れこんだときに固定接点２４ａと可動接点２６ａとが接触して閉極し、起き上がったときに固定接点２４ａと可動接点２６ａとが離間して開極し電流遮断を行う。可動子２６の姿勢は、例えば閉極時に図２における略水平となり、開極時に図２における略３０度となる。

可動子２６の軸２６ｂは金属材の軸座３２に軸支されている。軸座３２には金属材の小さい中継ブラケット３４が接続されている。負荷側端子１４は負荷側プレート３６の一端部である。中継ブラケット３４は負荷側プレート３６によって負荷側端子１４とつながっている。つまり、可動子２６は負荷側端子１４に対して、軸座３２、中継ブラケット３４および負荷側プレート３６を介して電気的に接続されている。図２における符号３８は操作ハンドルであり、符号４０は開閉機構であり、符号４２は引き外し装置である。

図３は、回路遮断器１０の一部拡大模式断面図である。消弧室３０内の下方には、固定接点２４ａが上方を指向して設けられている。可動接点２６ａは消弧室３０内における負荷側で昇降するようになっている。

消弧室３０における上側（固定接点２４ａと対向する側）の壁を第１壁４４とする。この場合、第１壁４４は、回路遮断器１０における筐体の上壁を形成している。後述するように電流遮断時には固定接点２４ａと可動接点２６ａとの間にはアークＡが発生しうる。発生したアークＡは磁束の作用により電源側に向かって伸長しながら移動する。消弧室３０においてアークＡが移動していく側の壁を第２壁４６とする。この場合、第２壁４６は消弧室３０と電線接続スペース１６（図１参照）との仕切壁となっている。第２壁４６における上方で第１壁４４との隅部４８の近傍には排気口５０が設けられている。排気口５０は消弧室３０と外部の電線接続スペース１６とを連通している。第１壁４４における電源側端部は隅部４８へ向かう傾斜面４４ａとなっている。

消弧室３０には、アークＡを消弧するための多数のグリッド５２が収納されている。各グリッド５２は、消弧室３０内側壁を構成する一対の側板５４に固定されている。複数のグリッド５２は上端と下端のものを除き板形状となっており、上下方向に狭い間隔でほぼ平行に配置されている。複数のグリッド５２は、消弧室３０のほぼ全域にわたって設けられている。グリッド５２は、例えば磁性体である。

これらのグリッド５２は開路状態における可動子２６とほぼ同じ傾斜に設定されている。これらのグリッド５２の電源側の端部は、下方に配置されているのものから上方に配置されているものにしたがって、次第に第２壁４６から離間するように設定されている。つまり、第２壁４６と複数のグリッド５２の端部との間には、上方に向かって広がる鋭角状の隙間５６が存在する。

複数のグリッド５２のうち上端のもの（上端グリッド５２ａと呼ぶ）は、端部５２ａａが他のものよりやや負荷側に寄っている。上端グリッド５２ａの負荷側端部はやや上方に向かうように屈曲部５２ａｂを形成している。屈曲部５２ａｂは、可動子２６との干渉を避けるとともに、アークＡが当たりやすくなっている。

隙間５６には傾斜板６０が設けられている。傾斜板６０は下端が第２壁４６に固定され、上方に向かって負荷側に寄るように緩やかに傾斜している。傾斜板６０は上端グリッド５２ａ以外のグリッド５２における電源側端部とほぼ一定間隔となっている。傾斜板６０の上端部は排気口５０よりやや低い位置にある。傾斜板６０は第２壁４６および側板５４に固定されていて安定している。傾斜板６０と第２壁４６との間は中実構成であってもよい。つまり、傾斜板６０は負荷側の傾斜面である案内面６０ａが形成される構成になっていればよい。

図２、図３に示すように、回路遮断器１０では、消弧室３０における第１壁４４の壁面から中継ブラケット３４にわたって電圧誘導体６２が設けられている。回路遮断器１０は三相用であり、電圧誘導体６２は基本的に各相に設けられる。電圧誘導体６２は、例えば金属板を経路に沿うように曲げ加工したものであり回路遮断器１０内で安定している。電圧誘導体６２は、中継ブラケット３４に至る一部を可撓性ワイヤで構成してもよい。可撓性ワイヤによれば組み立て工程における配策が容易となる。電圧誘導体６２は、中継ブラケット３４以外にも軸座３２または負荷側プレート３６と接続されていればよい。換言すれば、電圧誘導体６２は負荷側端子１４と電気的に接続されていればよい。電圧誘導体６２は可動子２６と接続しても負荷側端子１４と電気的に接続されるが、固定されて動くことのない軸座３２、中継ブラケット３４または負荷側プレート３６と接続することが好ましい。

電圧誘導体６２は、抵抗器６４を介して中継ブラケット３４と接続されている。概念的には抵抗器６４は電圧誘導体６２の一部とみなすこともできる。抵抗器６４は電圧誘導体６２の途中に設けられていればよい。図２においては抵抗器６４の一端が中継ブラケット３４と接続されている例を示す。

次に、回路遮断器１０の作用について説明する。図４は、アークＡが発生した状況における回路遮断器１０および配電盤６６の断面側面図である。

図４に示すように、回路遮断器１０は金属筐体を有する配電盤６６の内部に設けられることがある。回路遮断器１０では、電流遮断動作時に固定子２４と可動子２６との間にアークＡが発生しうる。アークＡは磁束によりグリッド５２の切欠きの奥のほうへ駆動され、該グリッド５２によって分断および冷却されてアーク抵抗が大きくなる。これにより、電源電圧がアーク電圧を維持できなくなりアークＡは消弧する。

アークＡが引き延ばされてグリッド５２によって消弧される過程ではホットガスＧが発生する。図４では、概念的にホットガスＧの範囲をドット地で示している。消弧室３０内はアークＡによるガス過熱によって圧力が上昇しており、消弧室３０内で発生したホットガスＧはガス流を形成して排気口５０から外部に排出される。ホットガスＧは金属性蒸気を含んでいることから導電性を有している。

ところで、従来技術にかかる回路遮断器において発生するホットガスＧは、固定子２４および可動子２６までの距離に応じた電位となる。この電位は、例えば電源側電位と負荷側電位との中間程度であり十分に高電位となりうる。高電位のホットガスＧは排気口５０から排出された後に配電盤６６の筐体と接触すると地絡が発生する懸念がある。そのため、回路遮断器と筐体との間にアークスペースを確保する必要があり、装置の小型化が阻害されていた。

これに対して本実施の形態にかかる回路遮断器１０においては、消弧室３０内の第１壁４４に電圧誘導体６２が設けられていることから、ホットガスＧは電圧誘導体６２に触れる。電圧誘導体６２は導体や抵抗体で構成されていることから電圧を誘導する作用があり、該電圧誘導体６２に触れたホットガスＧは電位が低下する。電圧誘導体６２は負荷側端子１４と接続されていることから、ホットガスＧは負荷側端子１４と同じか、またはそれに近い電圧まで電位が低下する。電位が低下したホットガスＧは排気口５０から排出された後に配電盤６６に触れても地絡が発生する懸念がなく、アークスペースを抑制することができ、装置の小型化を図ることができる。

ホットガスＧは基本的にアークＡが流れるのと同じ箇所で発生すると考えられる。アークＡは、少なくとも当初は固定接点２４ａと可動接点２６ａとの間で発生する。そして、電圧誘導体６２はホットガスＧの電位を負荷側端子１４および可動接点２６と同電位に近づける作用を有するものであるから、固定接点２４ａと対向する側の第１壁４４に設けることで効果的に電圧の誘導が行われる。また、第１壁４４は消弧室３０内で固定子２４から最も離れている壁であり、該第１壁４４に設けた電圧誘導体６２にアークＡが転流してしまうことがない。さらに、第１壁４４は、消弧室３０内における他の壁と比較して、中継ブラケット３４や軸座３２に対してレイアウト的観点から電圧誘導体６２の経路設定が容易である。

また、回路遮断器１０では、発生するホットガスＧは排気口５０から排出される時点で電位が適度に低下していることから、特許文献１に記載のような構造物を排気口５０に設ける必要はない。そのため、電線接続スペース１６が広くなり電源側端子１２が露呈され、電線端子の着脱の作業性が優れる。ただし、条件によっては回路遮断器１０に特許文献１に記載のような構造物を設けてホットガスＧの一層の電圧抑制を図ってもよい。

また、電圧誘導体６２は基本的に金属板などの導体であるが、抵抗器６４を介して負荷側端子１４と接続されていることから、負荷側端子１４から見て少なくとも可動子２６よりも抵抗が大きく、固定子２４と可動子２６との間で発生しているアークＡが固定子２４と電圧誘導体６２との間に転流してしまうことがない。抵抗器６４は、ホットガスＧの電位を低下させる際に流れると想定される電流と通電時間とに基づいて適切な容量を選択するとよい。

さらに、電圧誘導体６２をカーボンやカーボンを含む樹脂板などの抵抗体で構成すると抵抗器６４を省略しても同様の作用が得られる。さらにまた、電圧誘導体６２と固定子２４との距離、電圧誘導体６２と固定子２４との間のグリッド５２の配置状態などから勘案しまたは実験などを行い、アークＡが固定子２４からホットガスＧを介して電圧誘導体６２に転流することがないと確認される場合には、電圧誘導体６２が導体であっても抵抗器６４を省略してもよい。

図３に示すように、ホットガスＧは複数のグリッド５２の間を通って電源側に移動し、やがて合流して排気口５０から排出される。各グリッド５２は電源側に向かって上向きの傾斜となっており、さらに排気口５０は第２壁４６の上端近傍に設けられていることから、ホットガスＧは概ね隅部４８へ向かうように斜め上方を指向する流れとなる。したがって、ホットガスＧは第１壁４４に設けられた電圧誘導体６２に対して、特に隅部４８の近傍で接触しやすくなっている。ホットガスＧは主にグリッド５２の間から流れ出てくることから、消弧室３０内における電圧誘導体６２は、横方向に関して少なくとも上端グリッド５２ａの端部５２ａａから隅部４８に亘る範囲の第１壁４４に設けられているとよい。これにより、電圧誘導体６２にホットガスＧが触れやすくなる。

上記のとおり、第２壁４６と複数のグリッド５２の端部との間には、上方に向かって広がる鋭角状の隙間５６が存在しているが、該隙間５６には傾斜板６０が設けられているため、各グリッド５２の隙間から流出したホットガスＧは、案内面６０ａに沿って上方へ案内される。そのため、ホットガスＧのうち消弧室３０内における比較的下方で発生した分は、第２壁４６に沿って鉛直に上昇するのではなく、上方へ向かって案内面６０ａに案内されて排気口５０から離間するようにやや負荷側に案内される。

したがって、ホットガスＧは排気口５０から直接的に排出されるのではなく、第１壁４４の近傍を迂回してから排気口５０へ流れるようになり、電圧誘導体６２に一層触れやすくなっている。換言すれば、案内面６０ａは第１壁４４の側へ向かってホットガスＧを排気口５０から離間させるように傾斜して設定されており、これによりホットガスＧは第１壁４４の電圧誘導体６２に触れやすくなっている。

また、電圧誘導体６２は、第１壁４４において、少なくとも案内面６０ａの仮想上の延長面６０ａｘと交差する箇所に設けられているとよい。これにより、案内面６０ａによって案内されたホットガスＧが相当確実に電圧誘導体６２に触れるようになる。

ただし、消弧室３０の形状、排気口５０の位置、グリッド５２の配置など様々な影響によりホットガスＧの流路は変わり得る。そのため、電圧誘導体６２は上記の例に限らず、ホットガスＧの流れに応じて該ホットガスＧが触れる箇所に設けられていればよい。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１０ 回路遮断器
１２ 電源側端子（一方の端子）
１４ 負荷側端子（他方の端子）
２４ 固定子
２４ａ 固定接点
２６ 可動子
２６ａ 可動接点
２８ 電源側プレート
３０ 消弧室
３６ 負荷側プレート
４４ 第１壁
４６ 第２壁
４８ 隅部
５０ 排気口
５２ グリッド
５２ａ 上端グリッド
５２ａａ 端部
５６ 隙間
６０ 傾斜板
６０ａ 案内面
６０ａｘ 延長面
６２ 電圧誘導体
６４ 抵抗器
６６ 配電盤
Ａ アーク
Ｇ ホットガス

Claims (5)

1. 一方および他方の端子間で回路を接続および遮断する回路遮断器であって、
   一方の端子に接続される固定子と、
   他方の端子に接続されて前記固定子に対して接離する可動子と、
   電流遮断時に前記固定子と前記可動子との間に発生するアークを消弧するための複数のグリッドと、
   前記グリッドが収納されている消弧室と、
   前記消弧室に形成されて前記アークから発生するホットガスを排出する排気口と、
   前記消弧室内で前記ホットガスが触れる箇所に設けられ、導体または抵抗体で構成されている電圧誘導体と、
   を有し、
   前記電圧誘導体は前記他方の端子と電気的に接続されている
   ことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記電圧誘導体は、前記消弧室における前記固定子の固定接点と対向する側の第１壁に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記消弧室は、前記アークが伸長する際に移動する側に設けられた第２壁を有し、
   前記排気口は、前記第２壁における前記第１壁との隅部の近傍に設けられ、
   複数の前記グリッドの端部と前記第２壁との隙間において、前記第１壁の側へ向かって前記ホットガスを前記排気口から離間させるように傾斜した案内面が設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。
4. 前記電圧誘導体は、少なくとも前記第１壁における前記案内面の延長面と交差する箇所に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。
5. 前記電圧誘導体は抵抗器を介して前記他方の端子と接続されている
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の回路遮断器。

Images