JP3380732B2

JP3380732B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP3380732B2
Application number: JP35678697A
Authority: JP
Inventors: 孝一横山; 輝美嶋野; 英隆藤田; 学土肥
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2003-02-24
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JPH11185591A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電路を開閉する接
点と、この接点を開閉する開閉機構を絶縁筐体内に格納
した回路遮断器に関し、特に、過負荷や短絡等により電
路を遮断する際に発生するアークガスによる悪影響を低
減する構造を備えた回路遮断器に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源からの電力を負荷に供給すると共
に、過負荷や短絡等により電路を切断して保護する回路
遮断器は種々知られている。かかる回路遮断器として
は、例えば、特公平７−２７７５０号公報や特開平６−
５２７７７号公報等により知られるように、一般に、絶
縁性の部材を形成してなるケース内に、電路を開閉する
接点やこの接点を開閉する開閉機構を格納し、さらに、
回路遮断器に流れる過負荷電流や短絡電流等を検出する
過負荷電流検出装置を備えている。

【０００３】ところで、かかる回路遮断器では、その過
負荷電流や短絡電流等の検出に伴って接点を切断する
が、その際、電流の急激な遮断に伴ってアークが発生す
ると共に、そのエネルギー（一種の爆発）により高温、
高圧のアークガスが発生する。なお、このアークガスに
は、その高温により、接点や電極等を含む金属から発生
される溶融物や、その周辺部材を構成する絶縁材から発
生されるカーボンが多量に含まれている。そして、この
アークガスは、回路遮断器の筐体内部に形成された通路
を介して導かれてケースの外部に排出されることとな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術により知られる回路遮断器では、一般に、アークガス
の排出口は、ケースの対向する両端面、すなわち、電源
側端面と負荷側端面にそれぞれ形成されている。しかし
ながら、かかるアークガスの排出口から排出されるアー
クガスは、上述のように、高温、高圧であり、かつ、多
量の溶融金属やカーボンを含んでいる。そして、このア
ークガスは、アークガスの排出口から排出されて回路遮
断器のケースの外部に放散されると同時に、そのアーク
ガスに含まれる溶融金属やカーボンが排出口の内壁面や
その周辺部に付着することとなる。そして、良導電体で
ある溶融金属やカーボンの付着により、絶縁性のケース
内に収納された接点を含む主回路の絶縁性が低下するこ
ととなるが、しかしながら、上記の従来技術では、かか
るアークガスの排気による回路遮断器の絶縁性の劣化に
対する対策は特には行われていなかった。

【０００５】これは、例えば、上記特開平６−５２７７
７号公報に記載される回路の遮断器では、回転体に一対
の可動接点を取り付け、これらに対向する位置に固定接
点を配置し、上記回転体を回動することにより接点の開
閉を行う機構を有するものでる。そして、その内部に接
点を収納するケーシングの構造からも明らかなように、
電源側のアークガスの排出口はその底面より高い位置に
形成されているが、しかしながら、負荷側のアークガス
の排出口は、その底面に近い位置に形成されている。そ
のため、かかる構造の回路遮断器では、特にその負荷側
のアークガス排出口内及びその周辺に溶融金属やカーボ
ンが付着してしまい、そのため絶縁ケース内に収納した
主回路と当該回路遮断器をその上に取り付けた基盤との
間の電気的な絶縁が低下してしまう。そして、場合によ
っては、電源の再投入時に電気的に短絡してしまう等の
問題点があった。

【０００６】そこで、本発明によれば、上記従来技術に
おける問題点に鑑み、上記短絡時や過大電流による接点
の遮断時に発生するアークガスの排出口を設けた回路遮
断器であって、発生したアークガスによる悪影響を低減
することにより、より安全な構造の回路遮断器を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、上記本発明の目的を達成するため、まず、操作ハン
ドルで電路を開閉操作することにより絶縁樹脂製のモー
ルドケース内部の主回路ケース内に収納した開閉機構部
を動作させて前記主回路ケース内に収納した少なくとも
一対の接点の開閉を行い、かつ、定格電流以上の過電流
を検出して前記開閉機構部により前記一対の接点の切断
を行う回路遮断器において、前記一対の接点の切断の際
にアークに伴って生じるアークガスを外部に排出するた
めの排出口を前記主回路ケースの対向する端面にそれぞ
れ形成し、これら排出口は前記回路遮断器の底面から異
なる距離にそれぞれ形成され、かつ、前記底面からの距
離が遠い位置に形成された前記主回路ケースの排出口か
ら排出されるアークガスの量が、前記底面からの距離が
近い位置に形成された前記主回路ケースの排出口から排
出されるアークガスの量よりも多くなるように、前記底
面からの距離が近い位置に形成された排気口に連なる前
記モールドケースの一部に絞り部を形成した。

【０００８】また、本発明によれば、やはり上記本発明
の目的を達成するため、上記に記載した回路遮断器にお
いて、前記排気口に連なる前記モールドケースの一部に
形成した絞り部の後段部を、その断面を徐々に広げて形
成し、又は、前記接点は、回動する可動接点の回転によ
り固定接点に対して開閉する構造とした。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明になる実施の形態の
詳細について、添付の図面を参照しながら説明を行う。

【００１３】まず、図２には本発明の一実施の形態にな
る回路遮断器の断面が示されており、図において、例え
ば、耐熱性の熱可塑性樹脂の絶縁物等を所定の形状に成
形してなる底側ケース６１と表側カバー６２とからなる
モールドケース６には、電源側端子１１Ａと負荷側端子
１７Ａとが設けられており、このモールドケース６の内
部には、主回路ケース２が取り付けられている。そし
て、この主回路ケース２の内部には、電源側固定接点台
１１、電源側固定接点１２、電源側可動接点１３、可動
接点台１４、負荷側可動接点１５、負荷側固定接点１
６、負荷側固定接点台１７、アークシュートと呼ばれる
消弧装置３０等により、主回路ユニット２０が構成され
ている。また、図中の符号２２は、後にも説明するが、
上記可動接点台１４を保持する保持部材２２である。な
お、この保持部材２２は、バネ２２Ｄの働きにより半時
計方向に付勢されており、かつ、このバネ２２Ｄによ
り、上記接点間の接触時の圧力を所定の値に設定されて
いる。

【００１４】また、この主回路ケース２の上方には、ケ
ースの外部に突出した開閉操作ハンドル４１を備え、引
き外しレバー等を含む引き外し機構３Ａ、トリップ部材
（ラッチ部）３Ｂ、フック４、リンク機構２６等から構
成される開閉機構部ユニット３が設けられている。さら
に、静止コア５１、可動コア５２、伝達レバー５３から
なる引き外し機構５が設けられ、なお、この引き外し機
構の伝達レバー５３は、上記開閉機構部ユニット３に可
動コア５２の動作を伝達している。また、図中の符号５
５は、主回路の過電流を検出するカレントトランスフォ
ーマ（以下、「ＣＴ」と言う）であり、符号５７は電子
回路を用いて上記過電流を検出する信号処理装置を形成
する回路基板である。

【００１５】また、上記回路遮断器の上面図及びその外
観斜視図が、添付の図３及び図４に示されている。な
お、図３からも明らかなように、この回路遮断器は、い
わゆる三相用の回路遮断器であり、上記モールドケース
６の内部には、それぞれの相に対してそれぞれの主回路
が、この実施の形態では、３極分が並列に設けられてい
る。なお、実際の設置に際しては、その電源側を上方
に、その負荷側を下方側にして、例えば、取付け基盤上
に固定する。さらに、図４には、符号７０により、上記
モールドケース６の内部に付属装置を収納して閉止する
ためのスライドカバーが示されている。

【００１６】さらに、図６には、上記主回路ケース２の
内部に取り付けられた主回路部と操作ハンドル４１を含
む開閉機構部ユニット３の内部詳細が示されており、こ
こでも、上記と同じ符号は上記と同じ構成要素を示して
いる。また、この図において、符号２２は、上記主回路
を構成する可動接点台１４に取り付けられた三相分の可
動接点１３、１５を実質的に同時に開閉するための外形
略円筒形状の保持部材２２であり、その端面には「十」
字形状の凸部２２Ａが形成されている。また、図中の符
号２４は、上記保持部材２２間を連結するための連結部
であり、この連結部２４には、腕部２４Ａと、上記
「十」字形状の凸部２２Ａに対応した「十」字形状の凹
部又は孔２４Ｂと、係合部２４Ｃとが形成されている。
なお、この係合部２４Ｃは、上記リンク機構２６の係合
部２６Ａと係合することとなる。

【００１７】図５の展開図には、上記主回路を構成する
三相分の可動接点１３、１５が取り付けられた可動接点
台１４を保持する保持部材２２と、これら保持部材２２
の間に挿入されて配置される連結部２４との関係が示さ
れている。この図からも明らかなように、これら３個の
保持部材２２は連結部２４により相互に連結され、これ
により、三相分の動接点１３、１５が実質的に同時に開
閉することとなる。

【００１８】さらに、図７には、一対の絶縁性樹脂ケー
スからなる上記主回路ケース２の内部に収納された主回
路ユニット２０の詳細が展開図により示されており、こ
の主回路ユニット２０は、すなわち、可動接点台１４を
保持する保持部材２２、電源側固定接点台１１、負荷側
固定接点台１７、消弧去装置３０等により構成されてい
る。また、この主回路ケース２には、電路の遮断時に主
回路ケース２の内部に生じる高温、高圧のアークガスを
排出するための排出口が設けられており、具体的には、
電源側接点側の排出口２Ａと負荷側排出口２Ｂとが形成
されている。なお、上記の主回路ユニット２０を内部に
収納した主回路ケース２は、添付の図８に示すように、
上記モールドケース６内に複数（本実施の形態では３
個）が並列に配置されている。

【００１９】上記のように構成される回路遮断器では、
まず、上記開閉操作ハンドル４１のオン−オフ（ＯＮ−
ＯＦＦ）操作により、上記開閉機構部ユニット３内に含
まれるトグルリンク機構が動作し、この回転動作によ
り、この機構に連結される保持部材２２が図の反時計方
向へ回転し、保持部材２２に保持される可動接点台１４
を回動して電源側固定接点１２と電源側可動接点１３、
負荷側可動接点１５と負荷側固定接点１６を閉（ＯＮ）
状態にし、他方、保持部材２２が図の時計方向へ回転す
ることにより上記接点間を開（ＯＦＦ）状態とする。

【００２０】一方、回路遮断器における過電流は、上記
モールドケース６の内部において、上記負荷側固定接点
台１７のほぼ中間上方に配置され、コア部とコイル部か
らなるＣＴ５５により検出される。このＣＴ５５により
検出された信号は、その出力電圧に基づいて、信号処理
装置を形成する回路基板５７により確認され、図示しな
いが、その出力コイルによる可動コアの動作により、上
記開閉機構部ユニット３をトリップ動作させて電流供給
路を遮断する。

【００２１】また、短絡等においては、例えば定格の１
０倍を超えるような過大な電流が発生する。かかる場合
には、上記主回路ユニット２０において、かかる過大電
流は、電源側端子１１Ａより流入し、電源側固定接点台
１１を通り、電源側固定接点１２、電源側可動接点１
３、可動接点台１４、負荷側可動接点１５、負荷側固定
接点１６、負荷側固定接点台１７を介して負荷側端子１
７Ａに流れる。かかる過大な電流が流れると、接点部で
の電流集中等によって電磁反発力が発生し、これにより
固定接点１２、１５と可動接点１３、１６とが反発して
開離する。その後、上記過電流の発生時と同様、上記Ｃ
Ｔ５５によりアーク電流を検出して信号処理装置を形成
する回路基板５７で確認し、その出力コイルによって可
動コアを動作させることにより、上記開閉機構部ユニッ
ト３をトリップ動作させて電流供給路を遮断すること
は、上記におけると同様である。

【００２２】ところで、上記の短絡等において可動接点
１３、１６が電磁反発により固定接点１２、１５から開
離する際、その過大な電流によりアークが発生、それに
伴い高温、高圧のアークガスが発生する。そして、発生
するアークは、それぞれ、接点の近傍に配置されたアー
クシュート３０に導かれて消弧されると共に、上記のア
ークガスは、上記主回路ユニット２０を内部に収納した
主回路ケース２の両側に設けた排出口から排出される。
すなわち、電源側接点からのアークガスは主に上記電源
側接点側の排出口２Ａから、そして、負荷側接点からの
アークガスは主に負荷側排出口２Ｂから、それぞれ、排
出されるようになっている。なお、この高温、高圧のア
ークガスは、上記アーク発生の際に生じる高温により電
極やその他のケーブ部分等が蒸発することから、多量の
金属溶融物やカーボンを含んでいることは上述の通りで
ある。

【００２３】そして、上記図７にも明らかなように、こ
れらアークガスの排出口は、上記主回路ケース２を構成
する一対の絶縁性樹脂材のケース２、２により形成され
ており、特に、上記電源側接点側の排出口２Ａは上方に
筒状に伸びて形成されており、他方、上記負荷側の排出
口２Ｂは、上記主回路ケースの一対のケース２、２の継
ぎ合わせの一部に形成した開口により下側に形成されて
いる。

【００２４】さらに、上記主回路ケース２をその内部に
複数並列に配置して収納している上記モールドケース６
では、上記図１からも明らかなように、特に、その表側
カバー６２には、上記主回路ケース２から伸びて形成さ
れた筒状の電源側接点側の排出口２Ａの開口部が位置す
る部分の壁面が開口されており、そのため、上記主回路
ケース２の電源側接点側排出口２Ａから排出されるアー
クガスは、図中に矢印で示すように、回路遮断器のモー
ルドケース６の電源側端面の比較的高い位置から外部に
排出されることになる。

【００２５】一方、上記主回路ケース２の負荷側接点側
の排出口２Ｂから排出されるアークガスは、上述のよう
に、上記回路遮断器のモールドケース６の負荷側端面部
から排出される。しかしながら、このモールドケース６
の底側ケース６１、特に、その負荷側の端部には、添付
の図１に示されるような排気通路１００が形成されてい
る。なお、この排気通路１００は、その製作上、上記底
側ケース６１を成形する際に同時に形成されることが好
ましい。

【００２６】なお、この排気通路１００は、図からも明
らかなように、上記主回路ケース２の負荷側接点側排出
口２Ｂから排出されたアークガスを、底側ケース６１の
底面から上方に伸びた植立部６１１により２つに分割す
る。その後、この２つに分割された排気通路１００は、
底側ケース６１の段部６１２により形成される絞り部１
０１、１０１を通過し、さらに、上記段部６１２とその
上部に形成される板状部６１３の二枚の板の間に形成さ
れる通路１０２、１０２を通過してモールドケース６の
負荷側端面の低い位置から外部に排出されることにな
る。なお、上記通路１０２、１０２は、図に破線により
示すように、通路を形成する内壁面が負荷側端子１７Ａ
を固定するためのネジ孔１７Ｄに沿って徐々に広がって
おり、これにより、一旦、その通路断面積を狭めて絞っ
た後、その通路断面を徐々に広げてガス流を減速する構
造になっている。

【００２７】かかる排気通路１００の構造によれば、ま
ず、回路遮断器のモールドケース６の電源側の排出口か
ら排出されるアークガスの排出量Ｑ１が、その負荷側の
排出口から排出されるアークガスの排出量Ｑ２に比較し
て大きくなっている（Ｑ１＞Ｑ２）。また、上記主回路
ケース２の負荷側接点側排出口２Ｂから排出された高
温、高圧で、金属溶融物やカーボンを多量に含んだアー
クガスは、まず、植立部６１１により２つに分割された
後、絞り部１０１、１０１において加速され、その後、
その通路断面を徐々に広げた上記通路１０２、１０２に
おいてその速度を徐々に減少させることとなる。この
時、上記絞り部１０１、１０１を通過後にその速度を減
少させたアークガスは、その温度を低下させると同時
に、その含有する金属溶融物やカーボンをこの通路１０
２、１０２を形成する壁面上に付着させる。これによ
り、モールドケース６の負荷側端面から排出されるアー
クガスを、比較的低温で、金属溶融物やカーボンをあま
り含まないガスにすることが可能になる。

【００２８】すなわち、上記モールドケース６の電源側
端面から排出される高温、高圧のアークガスは、上記に
も述べたように、比較的高い位置から排出されることか
ら、その周囲の機器にあまり悪影響を与えることがな
い。また、その含有物を排気口の周辺に付着しても、そ
の位置がその取付け基盤から絶縁するに十分な距離を確
保することが出来ることから、特に、その絶縁特性に劣
化するなどの悪影響を及ぼすことはない。

【００２９】これに対し、上記モールドケース６の負荷
側端面から排出される高温、高圧のアークガスは、上記
電源側端面の排出口の位置に比較して低い位置となって
おり、そのため、電路の遮断に伴って発生する高温、高
圧のアークガスをそのまま排出した場合には、アークガ
ス中の含有物をその排気口の周辺に付着してしまう。そ
して、これにより、回路遮断器が取り付けられる取付け
基盤２００との間の絶縁性を劣化させ、例えば、負荷の
再投入時に漏電等の問題を生じる。

【００３０】しかしながら、上記の本発明になる排気通
路１００の構造によれば、位置の低い負荷側の排出口２
Ｂから排出されるアークガスは、その排出量Ｑ２におい
て上記電源側の排出口から排出されるアークガスの排出
量Ｑ１よりも少なくなり（Ｑ１＞Ｑ２）、また、その温
度と共に、その排出速度も小さくなり、そのため、周囲
に配置されたその他の機器（例えば、上記取付け基盤上
に配置された他の回路遮断器等）にまで到達することな
く、これにより、かかるアークガスによる悪影響から保
護されることとなる。また、この位置の低い負荷側の排
出口２Ｂから排出されるアークガスは、その温度が低下
されると共に、その含有する溶融金属やカーボンなどの
不着物をも大幅に低減されている。そのことからも、ア
ークガス中の含有物が排気口の周辺に付着して回路遮断
器の絶縁特性を、すなわち、その内部に収納された主回
路と取付け基盤との間の絶縁特性を低下させることも極
めて希になり、これにより、負荷の再投入時での安全性
をも含めて、より安全な回路遮断器とすることが可能に
なる。

【００３１】

【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明になる回路遮断器によれば、短絡時等の過大
電流による回路遮断時に発生する高温、高圧で、かつ、
溶融金属やカーボンを多量に含むアークガスによる悪影
響、すなわち、内部の主回路の絶縁特性の劣化や他の周
辺機器への悪影響を低減、防止し、もって、安全な回路
遮断器を提供することを可能にするという優れた効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態になる回路遮断器の特徴部
分である負荷側のアークガス排気口の詳細な構造を示す
一部拡大展開斜視図である。

【図２】上記回路遮断器の内部詳細構造を示すための断
面図である。

【図３】上記回路遮断器の全体外観を示す上面図であ
る。

【図４】上記回路遮断器の全体外観を示す斜視図であ
る。

【図５】上記回路遮断器の主回路を構成する三相分の動
接点の構造を説明する展開斜視図である。

【図６】上記回路遮断器の開閉機構部ユニットの詳細な
構造を示す斜視図である。

【図７】上記回路遮断器の主回路ケースの内部詳細構造
を示す分解斜視図である。

【図８】上記図７の主回路ケースを三相分を並列に並べ
た構造を示す上面図である。

【符号の説明】

２主回路ケース２Ａ電源側接点側排出口２Ｂ負荷側接点側排出口３開閉機構部ユニット３０消弧装置４１開閉操作ハンドル５５カレントトランスフォーマ（ＣＴ）６モールドケース６１底側ケース６２表側カバー１２電源側固定接点１３電源側可動接点１５負荷側可動接点１６負荷側固定接点１００排気通路１０１絞り部１０２通路２００取付基盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田英隆新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地１株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者土肥学新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地１株式会社日立製作所産業機器事業部内 (56)参考文献特開平６−28964（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 73/18 H01H 73/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】操作ハンドルで電路を開閉操作すること
により絶縁樹脂製のモールドケース内部の主回路ケース
内に収納した開閉機構部を動作させて前記主回路ケース
内に収納した少なくとも一対の接点の開閉を行い、か
つ、定格電流以上の過電流を検出して前記開閉機構部に
より前記一対の接点の切断を行う回路遮断器において、
前記一対の接点の切断の際にアークに伴って生じるアー
クガスを外部に排出するための排出口を前記主回路ケー
スの対向する端面にそれぞれ形成し、これら排出口は前
記回路遮断器の底面から異なる距離にそれぞれ形成さ
れ、かつ、前記底面からの距離が遠い位置に形成された
前記主回路ケースの排出口から排出されるアークガスの
量が、前記底面からの距離が近い位置に形成された前記
主回路ケースの排出口から排出されるアークガスの量よ
りも多くなるように、前記底面からの距離が近い位置に
形成された排気口に連なる前記モールドケースの一部に
絞り部を形成したことを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】前記請求項１に記載した回路遮断器にお
いて、前記排気口に連なる前記モールドケースの一部に
形成した絞り部の後段部を、その断面を徐々に広げて形
成したことを特徴とする回路遮断器。
【請求項３】前記請求項１乃至２に記載した回路遮断
器において、前記接点は、回動する可動接点の回転によ
り固定接点に対して開閉する構造であることを特徴とす
る回路遮断器。