JP4506212B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、低圧電路に用いられる配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、特に限流遮断時に可動接触子の開離速度を向上させるための手段に関する。

上記回路遮断器として、短絡電流などの大電流の遮断時に、固定・可動接触子間に働く電磁反発力により、開閉機構の動作に先立って可動接触子を開離させ、アーク電圧を高めて短時間で限流遮断を行うようにしたものが知られている。その場合、可動接触子の開離速度が速いほど遮断能力が高くなるが、そのために特許文献１に記載された回路遮断器においては、可動接触子を挟むＵ字状の磁気駆動用鉄心を設け、事故電流による磁束を磁気駆動鉄心に集めることにより電磁反発力を高めるようにしている。

また、特許文献２の回路遮断器においては、固定接点の周りを筒状に取り囲む絶縁物を設け、接点開離直後にアーク熱により絶縁物から生じた蒸気で絶縁物と可動子で囲まれた筒状空間に高圧を発生させ、可動子の上下に圧力差を生じさせることにより可動子を高速開離させるようにしている。
特開平６−２８３０９０号公報 特開２００１−１６０３４８号公報

特許文献１に記載された磁気駆動鉄心は電磁反発力を増大する上で有効であるが、閉路状態において電磁反発力に抗して必要な接触圧力を維持するためには、可動接触子を固定接触子に押圧するための接触スプリングも強くする必要があり、負荷力が増えて開閉機構が大型化するという問題がある。

一方、特許文献２の回路遮断器では、絶縁物により固定接点の周りに筒状の空間を形成するために、固定接触子の固定接点取付け端部を下向のＵ字状に屈曲させている。そのため、固定接触子の上方に位置する消弧室のグリッドが固定接点から遠くなり、その結果として消弧室へのアークの引き込み力が弱くならざるを得ない。また、固定接触子には可動接触子を通過させるスリットが必要になるなど構造が複雑化し、それとともに絶縁物の構造も煩雑になる。

この発明の課題は、開閉機構や消弧室に影響を与えることなく、簡単な構成で可動接触子の開離速度を速め限流遮断性能を向上させることにある。

上記課題を解決するために、この発明は、ケースに固定され、一端に固定接点を有し他端に端子が形成された固定接触子と、一端に前記固定接点と接触する可動接点を有し、他端が前記ケースに回動可能に支持された絶縁物の可動接触子ホルダに回動可能に連結され、前記可動接触子ホルダとの間に挿入された接触スプリングにより前記固定接触子に向かって付勢された可動接触子とからなる遮断部を備えるとともに、この遮断部を囲むように消弧室が配置され、この消弧室は絶縁物の支持体と、この支持体に積層支持された複数枚のグリッドとからなる回路遮断器において、 閉路状態の前記遮断部の固定・可動接点近傍を前記可動接触子との間に０．３〜２ｍｍ程度の微小隙間を置いて左右から囲う側壁を有する絶縁物の枠体を設け、前記枠体の側壁の上面を閉成状態の前記可動接触子の上面より高くし、かつ開離状態の前記可動接触子の下面より低くしたことを特徴とする（請求項１）。

この発明は、遮断部の固定・可動接点近傍を左右から小さな隙間を介して囲うだけの簡単な構成であっても、アーク熱による内圧上昇は急激であるため、可動接触子の上下間に十分な差圧を発生させることができる、との知見を実験により得たことによるものである。

すなわち、請求項１の発明における絶縁物の枠体は、閉路状態の遮断部の固定・可動接点近傍を可動接触子との間に隙間を置いて左右から囲う側壁を有するものとする。このような枠体によれば、基本的には遮断部の左右両側に側壁を配置するだけであるため、固定接触子の形状や構造に制約を受けることがなく、従来から一般に知られている直状の固定接触子や固定接点取付け端部を上向のＵ字状に屈曲させた固定接触子などを用いることができ、開閉機構の負荷力や消弧室の配置にも影響を与えない。

請求項１の発明においては、前記枠体の側壁の上面は閉成状態の前記可動接触子の上面より高くしているので、これにより、可動接触子の下側のアークガスが、可動接触子側面と枠体の側壁との間の隙間を通過して逃げる経路が長くなり、可動接触子の下側の昇圧が良好になる。

また、請求項１の発明においては、前記枠体の側壁の上面を開離状態の前記可動接触子の下面より低くしているので、これにより、可動接触子がある程度開離した段階で可動接触子の下側のアークガスを逃げやすくし、過大な内圧の上昇による枠体の破損を避けることができる。

請求項１の発明において、前記枠体の側壁の前記可動接触子ホルダ側の端部間を前記可動接触子の開閉運動範囲を除いて互いに連結する背壁を設けるとよい（請求項２）。枠体は側壁で遮断部の両側を囲うだけで十分な昇圧作用があるが、側壁の可動接触子ホルダ側の端部を背壁で互いに連結し、可動接触子の開閉運動範囲を除いて枠体の端部をできるだけ閉塞するようにすれば、昇圧作用がより向上する。また、枠体の背壁は内圧を受ける側壁の左右方向の開きを抑えるための補強の役割をする。

請求項１または２の発明において、前記枠体の側面を前記消弧室のグリッドに当接させるようにするとよい（請求項３）。これにより、内圧を受けて左右に開こうとする側壁をグリッドで受け、枠体の変形を防止することができる。

請求項１〜３のいずれかの発明において、前記枠体の側壁における可動接触子側の端部から左右側方に張り出す隔壁を形成するとともに、この隔壁に係合突起を設け、この係合突起を介して前記枠体の側壁を前記消弧室の支持体に係合させるようにするとよい（請求項４）。枠体の側壁が内圧を受けて付け根で折損した場合、内側に倒れると可動接触子の動きを妨げる恐れがある。そこで、枠体の側壁を消弧室の支持体に係合させておけば、側壁が破損しても内側に倒れ込むことがない。

請求項１〜４のいずれかの発明において、前記枠体をアークとの接触により蒸発ガスを生じる材料で構成するのがよい（請求項５）。これにより、アーク発生時に枠体から大量のガスを生じさせ、可動接触子の下側の内圧を効果的に上昇させることができる。

この発明によれば、遮断部の固定・可動接点近傍を絶縁物の側壁で左右から囲うだけの簡単な構成により、可動接触子の上下間に十分な差圧を発生させ、電磁反発力で開離する可動接触子の開離速度を開閉機構に余分な負荷を与えることなく増大し、短時間でアーク電圧を高めて限流遮断性能を向上させることができる。

以下、図１〜図８に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。まず、図１は３極回路遮断器の中央極部分の要部縦断面図である。図１において、ケース１とカバー２とからなる絶縁容器内には、ケース１に固定された固定接触子３と開閉機構４により開閉駆動される可動接触子５とからなる遮断部が構成され、この遮断部を囲むように消弧室６が設置されている。なお、図は中央極部分の遮断部を示しているが、絶縁容器は相間隔壁により内部が３相空間に区画され、各空間にそれぞれ各相遮断部が収容されている。固定接触子３は一端に固定接点７を有し、他端に電源側端子８が一体形成されている。固定接触子３の固定接点７の近傍には、電源側（図の左側）に向かって斜めに延びるアークホーン９が取り付けられている。

可動接触子５は、一端に固定接点７と接触する可動接点１０を有し、他端がケース１に回動可能に支持された絶縁物の可動接触子ホルダ１１に軸１２により連結され、可動接触子ホルダ１１との間に挿入された捩りばねからなる接触スプリング１３により固定接触子３に向かって付勢されている。開閉機構４は可動接触子ホルダ１１に連結され、可動接触子５は可動接触子ホルダ１１を介して開閉機構４により開閉駆動される。消弧室６は絶縁物の支持体１４と、この支持体１４に適宜の間隔で上下に積層支持された複数枚のグリッド１５とからなり、磁性体からなるグリッド１５は可動接触子５を通過させる切欠が設けられてＵ字状に形成されている。遮断部の前方にはアークガス排出口１６が設けられ、このアークガス排出口１６は異物の侵入を防止する絶縁物の防護板１７により閉塞されている。

図２は消弧室６を示し、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）はその側面図である。図２において、支持体１４は左右一対の側壁１４ａとこれらを一端で連結する前面壁１４ｂとからなり、所要の形状に打ち抜かれたファイバ板からＵ字状に折り曲げられて形成されている。前面壁１４ｂには、中央部にアークガスを通過させる方形の通気窓１８があけられている。グリッド１５は鉄板からＵ字状に打ち抜き形成され、可動接触子５が通過する部分に切欠１９が設けられている。このグリッド１５は左右両側の突片が支持体１４の側壁１４ａにあけられた図示しない角穴に差し込まれ、その先端がかしめ加工されて固定されている。消弧室６は図１において、支持体１４の下端面と同一形状に形成されたケース１の底面上に載置され、上端面をカバー２で押さえられて固定される。

ここで、消弧室６の内側には、枠体２０が設置されている。図３は枠体２０を示すもので、図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は縦断面図、図３（Ｃ）は背面図である。枠体２０はポリアミド、ポリアセタール、ポリエステルなどの樹脂から成形され、左右一対の側壁２０ａと、側壁２０ａの可動接触子ホルダ側（図３（Ｂ）の右側）の端部間を互いに連結し、下部が側壁２０ａから下方に断面逆Ｌ字状に突出する背壁２０ｂと、側壁２０ａの可動接触子ホルダ側の端部から左右側方に張り出す隔壁２０ｃとからなり、隔壁２０ｃの肩部には消弧室側（図３（Ｂ）の左側）に突出するように円柱状の突起２０ｄが形成されている。図３（Ｂ）に示すように、側壁２０ａの下面には、傾斜面２０ｅ及び２０ｆが段違いに形成されている。

枠体２０は図２に示すように消弧室６に組み合わされ、側壁２０ａがグリッド１５の切欠１９を挟む脚部に当接し、隔壁２０ｃが支持体１４の側壁１４ａの背面に接する。また、その状態で隔壁２０ｃの両肩の突起２０ｄは支持体１４の側面に係合する。この枠体２０は消弧室６がケース１に装着された状態（図１）において、背壁２０ｂの断面逆Ｌ字状の突出部がケース１の底面の受け部と嵌合し、隔壁２０ｃの両肩部が消弧室６の支持体１４における側壁１４ａの背面側の段部１４ｃ（図２）で押さえられて固定される。この状態において、枠体２０は後述するように固定接触子３の上に載る。

図４は固定接触子３を示し、図４（Ａ）は平面図、図４（Ｂ）はその側面図である。図４において、固定接触子３は固定接点７が取り付けられた端部がへ字形に屈曲されて傾斜面を形成し、この傾斜面にアークホーン９が取り付けられている。アークホーン９は取付け端部の両側が左右に突出し、この突出部の穴に固定接触子３に一体形成された左右２本のかしめピン３ａが差し込まれ、その先端がかしめ加工されて固定接触子３に結合されている。枠体２０は図４に２点差線で示すように固定接触子３の上面に載り、側壁２０ａの傾斜面２０ｅがアークホーン８の左右突出部に当接し、また側壁２０ａの傾斜面２０ｆが固定接点７の両側で固定接触子３の傾斜面に当接する。

上記した消弧室６及び枠体２０のケース１への組み込み状態において、図３（Ｃ）に示すように、枠体２０の側壁２０ａは閉路状態の遮断部の固定・可動接点７，１０の近傍を可動接触子５との間に微小な隙間Ｓを置いて左右から囲う。隙間Ｓは可動接触子５の開閉動作を妨げない限りにおいてできるだけ小さい方がよく、例えば0.3〜2ｍｍ程度になる。側壁２０ａの前後（図３（Ｂ）の左右）幅は、最低でも固定・可動接点７，１０の前後幅をカバーし、できるだけ大きい方が望ましいが、可動接点１０のやや手前側（可動接触子ホルダ側）から可動接触子５の先端付近まであれば十分に昇圧効果がある。

枠体２０の背壁２０ｃは、図３（Ｃ）に実線で示した可動接触子５の閉成位置と２点鎖線で示した可動接触子５の開離位置との間の開閉運動範囲を除いて、消弧室６の背面側（可動接触子側）を閉塞する。ここで、図３（Ｃ）から分かるように、枠体２０の側壁２０ａの上面は閉成状態（実線）の可動接触子５の上面より高く、開離状態（２点鎖線）の可動接触子５の下面より低く設定されている。

図１の回路遮断器において、短絡電流のような大電流が流れると、固定接点７と可動接点１０との間に集中電流による電磁反発力が働き、可動接触子５は接触スプリング１３に逆らって開離する。可動接触子５が開離すると同時に固定・可動接点７，１０間にアークが発生し、アーク熱による周辺空気の膨張や枠体２０からの大量の蒸気の発生により、可動接触子５の下側の内圧が上昇する。その結果、可動接触子５の上下に圧力差が生じ、可動接触子５は上方向に駆動力を受ける。この駆動力は電磁反発力に加わり、可動接触子５の開離速度を増大する。

電磁反発力による開離に続いて過電流引外し装置２１が作動すると、鎖錠を外された開閉機構４により可動接触子ホルダ１１が時計方向に回動操作され、可動接触子５は開離位置に保持される。その間、遮断部の内圧が上昇すると、この内圧上昇により防護板１７が図１に２点鎖線で示すように外側に押されて湾曲し、これにより開口したアークガス排出口１６からアークガスが矢印で示すように排出される。

上記した内圧による可動接触子５の駆動において、遮断部の固定・可動接点７，１０の近傍は枠体２０の側壁２０ａにより、微小な隙間を介して左右から囲われている。そのため、開離直後の固定・可動接点付近の空間は狭く、この空間の圧力は急激に上昇して可動接触子５に大きな駆動力を作用させる。また、枠体２０の可動接触子ホルダ側は、可動接触子５の開閉運動範囲を除いて背壁２０ｂで閉塞されているため、昇圧作用が高められるとともに、背壁２０ｂから噴出するガスによりアークが消弧室側に駆動されるため、消弧室６へのアークの引き込みが促進される。

ここで、図３（Ｃ）において、枠体２０の側壁２０ａの上面は、閉成状態の可動接触子５（実線）の上面より高くなっている。側壁２０ａの高さが低いと開離により発生したアークガスが可動接触子５の側方を抜けて枠体２０の外側に逃げてしまい、可動接触子５の上方と下方との間に十分な圧力差が得られない。従って、側壁２０ａの上面は最低でも閉成状態の可動接触子５の下面より高くする必要があるが、図示の通り閉成状態の可動接触子５の上面よりも更に高くすることにより、可動接触子５の側面と側壁２０ａとの間の隙間Ｓから逃げるアークガスの経路が長くなり、可動接触子５の下側の昇圧が良好になる。

一方、図３（Ｃ）において、枠体２０の側壁２０ａの上面は、開離状態の可動接触子５（２点鎖線）の下面より低くなっている。上記した通り、側壁２０ａは高いほど可動接触子上下の圧力差の発生に有利であるが、側壁２０ａは過大な圧力が作用すると破損する可能性があり、またアークが側壁２０ａに触れると蒸気を発生するため、側壁２０ａがあまりに高いと蒸気発生量が過大になり、ケース１やカバー２を破損する恐れもある。従って、可動接触子５がある程度開離し、必要なアーク電圧が得られた段階では、可動接触子５の下側のアークガスを逃げやすくした方がよい。そのためには、図示の通り、側壁２０ａの上面を開離状態の可動接触子５の下面より低くし、最大開離時には可動接触子５を枠体２０で囲わないようにし、過大な昇圧を避けるようにするのがよい。

次に、図２において、消弧室６に組み合わされた枠体２０は、側面が消弧室６のグリッド１５に当接している。これにより、内圧を受けて左右に開こうとする枠体２０の側壁２０ａはグリッド１５で支えられ、変形や破損が防止される。また、図２において、枠体２０は側壁２０ａから左右側方に張り出す隔壁２０ｃに係合突起２０ｄが設けられ、この係合突起２０ｄを介して消弧室６の支持体１４に係合している。そのため、側壁２０ａが内圧を受けて万一付け根で折損しても、側壁２０ａが内側に倒れることが阻まれ、従って倒れた側壁２０ａで可動接触子５の動きが妨げられる恐れがない。また、枠体２０の左右に張り出す隔壁２０ｃは、開閉機構４を消弧室６から遮蔽し、アーク熱により飛散する絶縁物や金属の溶融物が可動部へ付着することを防止する作用をする。

図５は枠体２０の異なる実施の形態を示すもので、図５（Ａ）は側面図、図５（Ｂ）はその背面図である。図５の枠体２０は図３のものに対して、側壁２０ａの上部に補助壁２０ｇを一体に立ち上げ、それとともに隔壁２０ｃを補助壁２０ｇと同じ高さまで延長したものである。図５（Ｂ）に示すように、補助壁２０ｇは厚さを薄くして可動接触子５の側面との間の隙間を広げ、開離時に可動接触子５が側壁２０ａから離脱した後の枠体２０からのアークガスの逃げを図っている。補助壁２０ｇ及び隔壁２０ｃを図示の通り高くすることにより、アーク熱による溶融物の飛散防止効果が大きくなる。

図６〜図８は、この発明の回路遮断器に用い得る固定接触子の他の例を示すものである。すでに述べた通り、枠体２０は基本的に遮断部の左右両側に側壁２０ａを配置するだけであるため、固定接触子３の形状や構造に制約を与えることが少ない。従って、従来から一般に知られている種々の形状・構造の固定接触子を用いることができる。

例えば、図６は可動接触子５に対する電磁反発力を増すために、固定接点７の両側に電流の回り込み通路を形成した固定接触子３の例で、図６（Ａ）は一部分を断面にした側面図、図６（Ｂ）は平面図である。すなわち、図６において、固定接触子３には固定接点７を囲むように凹形の切欠き２２が設けられ、固定接点７の両側に電流の回り込み通路３ｂが形成されている。電源側端子８から流入した電流は左右に分かれて回り込み通路３ｂを流れ、次いで反転・合流して固定接点７に向かう。その結果、固定接点取付け端部３ｃに向かう電流と可動接触子５を流れる電流とは向きが逆になり、固定接触子３と可動接触子５との間には電磁反発力が生じる。

また、図７及び図８はいずれも固定接点取付け端部３ｃを上向にＵ字状に折り返した固定接触子３で、図７は固定接点取付け端部３ｃを切り起こしにより折り返した例、図８はＵ曲げした例である。いずれも、固定接点取付け端部３ｃを流れる電流と可動接触子５を流れる電流とは向きが逆になり、それらの間に電磁反発力が作用する。

この発明の実施の形態を示す回路遮断器の縦断面図である。 図１における消弧室を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。 図１における枠体を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は縦断面図、（Ｃ）は背面図である。 図１における固定接触子を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。 枠体の異なる実施の形態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は背面図である。 この発明の回路遮断器に使用可能な固定接触子の異なる例を示し、（Ａ）は要部を断面にした側面図、（Ｂ）は平面図である。 この発明の回路遮断器に使用可能な固定接触子の更に異なる例を示す斜視図である。 この発明の回路遮断器に使用可能な固定接触子の更に異なる例を示す斜視図である。

３ 固定接触子
４ 開閉機構
５ 可動接触子
６ 消弧室
７ 固定接点
１０ 可動接点
１１ 可動接触子ホルダ
１３ 接触スプリング
１４ 支持体
１５ グリッド
２０ 枠体
２０ａ 側壁
２０ｃ 隔壁
２０ｄ 突起
２１ 過電流引外し装置

Claims (5)

1. ケースに固定され、一端に固定接点を有し他端に端子が形成された固定接触子と、一端に前記固定接点と接触する可動接点を有し、他端が前記ケースに回動可能に支持された絶縁物の可動接触子ホルダに回動可能に連結され、前記可動接触子ホルダとの間に挿入された接触スプリングにより前記固定接触子に向かって付勢された可動接触子とからなる遮断部を備えるとともに、この遮断部を囲むように消弧室が配置され、この消弧室は絶縁物の支持体と、この支持体に積層支持された複数枚のグリッドとからなる回路遮断器において、閉路状態の前記遮断部の固定・可動接点近傍を前記可動接触子との間に０．３〜２ｍｍ程度の微小隙間を置いて左右から囲う側壁を有する絶縁物の枠体を設け、前記枠体の側壁の上面を閉成状態の前記可動接触子の上面より高くし、かつ開離状態の前記可動接触子の下面より低くしたことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記枠体に前記側壁の前記可動接触子ホルダ側の端部間を前記可動接触子の開閉運動範囲を除いて互いに連結する背壁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記枠体の側面を前記消弧室のグリッドに当接させたことを特徴とする請求項１または２に記載の回路遮断器。
4. 前記枠体に前記側壁の前記可動接触子ホルダ側の端部から左右側方に張り出す隔壁を形成するとともに、この隔壁に係合突起を設け、この係合突起を前記消弧室の支持体に係合させて、前記枠体の側壁の内側への倒れを防止するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回路遮断器。
5. 前記枠体をアークとの接触により蒸発ガスを生じる材料で構成した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。

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