JP5664333B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、配線用遮断器、漏電遮断器などの回路遮断器に関し、特に、消弧板を有する消弧装置を備えた回路遮断器に関する。

この種の回路遮断器として、特許文献１に開示された回路遮断器が知られている。
図６は、従来例を示す回路遮断器の電流遮断部の斜視図であり、図７は図６から消弧装置を取り除いてアークを示した図である。

図において、回路遮断器の電流遮断部は、固定接触子１と可動接触子２と消弧装置４とから構成されており、図示しないケースとカバーからなる本体ケース内に収納されている。

固定接触子１は、一端をＵ字状に折り曲げて、その先端に固定接点１ａが設けられ、他端に電源側の端子１ｂが設けられている。
可動接触子２は、一端に固定接点１ａと接触する可動接点２ａを有し、他端の支軸２ｂを中心に回動自在に配置されており、図示しない開閉機構部により閉極位置と開極位置に開閉駆動される。また、可動接触子２の他端は、図示しないリード線を介して図示しない負荷側の端子に接続されている。

消弧装置４は、隙間を介して上下段に配列したＶ字形の切欠きを有する複数枚の平板状の消弧板であるグリッド板３と、該グリッド板３を両側から支持する図示しない支持部材とを備えており、可動接触子２の開極移動経路の前方に配置されている。

また、固定接触子１のＵ字状の先端には、固定接点１ａと可動接点２ａ間に発生したアーク５を消弧装置４側に移動させるアークランナ６が取り付けられている。なお、７はアークランナ６の近傍に設けられたＵ字状の磁性体からなるアーク駆動体、８は磁性体７の内側に設けられた絶縁物である。

上記構成の回路遮断器において、回路遮断器のオン状態では、可動接触子２が閉極しており、可動接触子２の可動接点２ａと固定接触子１の固定接点１ａが接触している。また、電流は、電源側の端子１ｂから固定接触子１、固定接点１ａ、可動接点２ａ、可動接触子２を経由して、図示しない負荷側の端子まで流れる。

このような回路遮断器において、短絡電流などの大電流が流れると、電磁反発力により可動接触子２が固定接触子１から開極し、固定接点１ａと可動接点２ａとの間にアーク５が発生する。このアーク５は、固定接触子１を流れる電流に基づく電磁力とアーク駆動体７の作用により、アークランナ６の先端側に移動する。これにより、固定接点１ａ上の発弧はアークランナ６上に切り換わり、固定接点の消耗が緩和される。そして、アークランナ６の先端側に移動したアーク５は、グリッド板３の作用により、その内側に引き込まれて分断・冷却される。これにより、固定接点と可動接点間の電圧が一気に高まり、電流は急速に限流されて遮断に至る。

また、特許文献２には、第１の外部端子に接続された第1のアーク走行板と、この第１のアーク走行板と対向するように配設され、第２の外部端子に接続された第２のアーク走行板とを備え、第２の外部端子と第２のアーク走行板との間に抵抗体を挿入することにより、限流性能を向上させるようにした回路遮断器が開示されている。

特開２００６−５９７５９号公報 実開平２−１１５２４１号公報

ところで、特許文献１に記載の回路遮断器は、遮断時に可動接点と固定接点との接点間隔を広くすることで、接点間に発生するアーク電圧を高め、接点間電圧を電源電圧よりも高めることにより遮断性能を向上させることができる。

しかしながら、接点間に発生するアーク電圧を電源電圧よりも高めるために、接点間隔を大きくすると、回路遮断器が大型になってしまうという欠点があった。
また、特許文献２に記載の回路遮断器は、遮断時に負荷回路と直列に抵抗体を挿入することで、限流性能を向上させることができる。しかしながら、負荷回路と直列に抵抗体を挿入する方式では、抵抗体を配置するために、電流遮断部の構造を大幅に変更する必要があり、部品の共用化を図ることが困難であるという問題があった。

そこで、本発明の課題は、電流遮断部の構造を大幅に変更することなく、接点間に発生するアーク電圧を高めることができる回路遮断器を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明によれば、固定接点を有する固定接触子と、該固定接点と接離する可動接点を有する可動接触子と、複数の消弧板と、該消弧板を隙間を介して支持する支持部材とを有し、固定接点と可動接点間に発生したアークを消弧する消弧装置とを備えた回路遮断器において、前記消弧板の少なくとも一個を、前記固定接触子、固定接点、可動接触子、可動接点よりも体積抵抗率の高いグラファイトからなる高抵抗体で形成するようにする。

上記回路遮断器において、複数の消弧板のうち、高抵抗体でない消弧板を磁性材料からなるグリッド板で形成することが好ましい。
また、上記回路遮断器において、前記接点間に発生したアークを消弧装置側に移動させるアークランナを前記固定接触子の先端に取り付けることが好ましい。

本発明によれば、電流遮断部の構造を大幅に変更することなく接点間に発生するアーク電圧を高めることができるので、遮断性能が向上する。

本発明の第１の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図 本発明の第２の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図 本発明の第３の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図 本発明の第４の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図 第１〜第４の実施形態におけるアーク全長に対するアークに作用する電磁力の分布図 従来例を示す回路遮断器の電流遮断部の斜視図 図６から消弧装置を取り除いてアークを示した図

以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図である。
本発明は、固定接触子と、可動接触子と、消弧板を有する消弧装置とを備えた回路遮断器において、消弧板の少なくとも一個を固定接触子、固定接点、可動接触子、可動接点よりも体積抵抗率の高い材料からなる高抵抗体で形成するようにしたものである。

図１において、回路遮断器の電流遮断部は、一端をＵ字状に折り曲げて、その先端に固定接点１ａを有し、他端に端子１ｂが接続された固定接触子１と、一端に前記固定接点１ａと接離する可動接点２ａを有し、他端の支軸２ｂを中心に回動自在に配置された可動接触子２と、可動接触子２の開極移動経路の前方に配置された消弧装置１４とから構成されている。

電流遮断部は、図示しないケースとカバーからなる本体ケース内に各相毎に収納されている。また、可動接触子２は図示しない開閉機構部により閉極位置と開極位置に開閉駆動される。

固定接触子１のＵ字状の先端には、固定接点１ａと可動接点２ａ間に発生したアーク５を消弧装置１４側に移動させるアークランナ６が取り付けられている。
ここで、消弧装置１４は、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である磁性材料からなるグリッド板３と、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である高抵抗体１３と、複数のグリット板３と複数の高抵抗体１３を隙間を介して両側から支持する図示しない支持部材とを備えている。本実施形態では、高抵抗体１３を消弧装置１４の上部、すなわち開極した可動接触子２側に配置し、グリッド板３を消弧装置１４の下部、すなわち固定接触子１側に配置している。

この高抵抗体１３は、固定接触子１、固定接点１ａ、可動接触子２、可動接点２ａ、グリッド板３よりも体積抵抗率の大きい材料で形成されている。
一般に銅材からなる固定接触子１および可動接触子２、銀系の合金材からなる固定接点１ａおよび可動接点２ａ、鉄材からなるグリッド板３の体積抵抗率は、１μΩ・ｃｍ程度であるが、高抵抗体１３には、それと比較して１０^３倍〜１０^６倍の体積抵抗率のもの、具体的には炭素を主成分とした材料、例えばグラファイトが用いられている。

上述した構成において、通電路に短絡電流などの大電流が流れると、固定接触子１と可動接触子２との間に電磁反発力が発生し、可動接触子２が固定接触子１から開極し、固定接点１ａと可動接点２ａの間にアーク５が発生する。このアーク５は固定接触子１を流れる電流に基づく電磁力により、消弧装置１４側に向かって駆動され、アーク５の固定接点１ａ上の足はアークランナ６側に移動する。そして、アークランナ６の先端側に移動したアーク５は、消弧装置１４のグリッド板３と高抵抗体１３により分断されて消滅し、電流が限流遮断される。

その際、遮断時の通電電流は、グリッド板３、高抵抗体１３、アーク５を介した経路を通過することになるが、電流の通電経路に体積抵抗率の高い領域が含まれるために、この部分での電圧上昇を得ることができる。

したがって、従来の回路遮断器では、消弧装置内のグリッド板３および空隙に発生するアークによる電圧上昇によりアーク電圧の上昇を得るようにしているが、本実施形態の回路遮断器では、従来の方式に加えて、体積抵抗率の高い高抵抗体１３においてもアーク電圧の上昇を得ることができるので、限流効果を高めることができる。

このように、本実施形態によれば、電流遮断部の構造を大幅に変更することなく、接点間に発生するアーク電圧を高めることができるので、小型で遮断性能の高い回路遮断器を得ることができる。

また、本実施形態によれば、従来の電流遮断部における消弧装置のみを本実施形態の消弧装置に変更するだけで、遮断性能を向上させることができるので、部品の共用化を図ることができる。

なお、本実施形態では、複数の消弧板のうち、高抵抗体１３でない消弧板を磁性材料からなるグリッド板３で形成するようにしたので、電流により発生する磁界をグリッド板３により集中させることができるので、アーク駆動力を高めることができる。

ここで、グリッド板３と高抵抗体１３の配置は、アーク発生に伴うガス流などによるアーク駆動力の影響を考慮して決定することが好ましい。特に、グリッド板３は電流により発生する磁界を集中させてアークに作用する電磁力を高めることができるため、グリッド板３をアーク駆動力が低くなる位置に配置することが効果的である。
例えば、電流遮断部を収納する本体ケースの構造等の影響により、消弧装置の上部側、すなわち開極した可動接触子側が消弧装置の下部側、すなわち固定接触子側よりもガスが流れやすい場合、アークは上部側の方が消弧装置側に移動しやすく、下部側は移動しにくくなる。

この場合には、本実施形態のように、高抵抗体１３を消弧装置１４の上部側に配置し、グリッド板３を消弧装置１４の下部側に配置することで、アーク下部の駆動力を向上させて、アーク全体を消弧装置側に駆動させることが好ましい。

次に本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図である。
本実施形態は、消弧装置の上部に磁性体３を配置し、消弧装置の下部に高抵抗体１３を配置したものである。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同じであるため、同一部品には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図において、消弧装置２４は、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である磁性材料からなるグリッド板３と、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である高抵抗体１３と、複数のグリット板３と複数の高抵抗体１３を隙間を介して両側から支持する図示しない支持部材とを備えている。

ここで、本実施形態では、グリッド板３を消弧装置１４の上部、すなわち開極した可動接触子２側に配置し、高抵抗体１３を消弧装置１４の下部、すなわち固定接触子１側に配置している。

この実施形態は、図６の従来例に示すように固定接触子１側にアーク駆動体７を設けた場合に有効である。すなわち、アークランナ６側にアーク駆動体７がある場合、アークは消弧装置のアークランナ６側の方が消弧装置の上部側よりも強いアーク駆動力を受ける。したがって、図２に示すように消弧装置２４の上部側にグリッド板３を配置することで、グリッド板３によるアーク上部の駆動力を向上させ、アーク全体を消弧装置側に駆動させることができるようになる。

次に本発明の第３の実施形態について図３を用いて説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図である。
本実施形態は、グリッド板３と高抵抗体１３とを交互に配置したものである。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同じであるため、同一部品には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図において、消弧装置３４は、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である磁性材料からなるグリッド板３と、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である高抵抗体１３と、複数のグリット板３と複数の高抵抗体１３を交互に隙間を介して両側から支持する図示しない支持部材とを備えている。

この本実施形態は、ガス流などに起因するアーク駆動力が消弧装置の上部側と下部側でほぼ等しい場合に有効であり、本実施形態を採用すれば、部分的にアーク駆動力が低くなる部分を発生させることなく、アーク全体を消弧装置側に駆動することができる。

次に本発明の第４の実施形態について図４を用いて説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態を示す回路遮断器の電流遮断部の側面図である。なお、第１の実施形態と同一部品には、同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態は、消弧装置の全ての消弧板を高抵抗体１３で形成したものである。
図において、消弧装置４４は、Ｖ字形の切欠きを有する平板状の消弧板である高抵抗体１３と、複数の高抵抗体１３を隙間を介して両側から支持する図示しない支持部材とを備えている。

本実施形態によれば、第１〜第３の実施形態のように、グリッド板３による消弧装置側へのアーク駆動力を得ることはできないが、全ての消弧板を高抵抗体１３で形成するようにしたので、消弧装置４４側に駆動されたアークの接点間電圧を大幅に上昇させることができる。

なお、本実施形態は、固定接触子あるいは可動接触子を流れる電流による電磁力で十分なアーク駆動力を得ることができる大電流向けの回路遮断器に適用することが好ましい。
また、図５は、第１〜第４の実施形態におけるアーク全長に対するアークに作用する電磁力の分布図である。図５において、（Ａ）は第１の実施形態の分布図、（Ｂ）は第２の実施形態の分布図、（Ｃ）は第３の実施形態の分布図、（Ｄ）は第４の実施形態の分布図である。

図において、第１の実施形態では、図５（Ａ）に示すように、アークに作用する電磁力がアーク下部（固定接触子）側で高く、アーク上部（可動接触子）側で低くなっている。また、第２の実施形態では、図５（Ｂ）に示すように、アークに作用する電磁力がアーク上部（可動接触子）側で高く、アーク下部（固定接触子）側で低くなっている。更に、第３の実施形態では、図５（Ｃ）に示すように、アークに作用する電磁力はアーク下部（固定接触子）側からアーク上部（可動接触子）側までほぼ等しくなっている。また、第４の実施形態では、図５（Ｄ）に示すように、グリッド板によるアーク駆動力を得ることができずに、アークに作用する電磁力はアーク下部（固定接触子）側からアーク上部（可動接触子）側まで低くなっており、固定接触子と可動接触子を流れる電流による磁界の影響のみを受ける。

このように、グリッド板と高抵抗体との配置を変更することにより、アーク上部（可動接触子）側とアーク下部（固定接触子）側のアークに作用する電磁力が変化するので、ガス流やアーク駆動体７などの影響に応じて、第１〜第４の実施形態のいずれかを採用するようにする。

１ 固定接触子
１ａ 固定接点
２ 可動接触子
２ａ 可動接点
３ グリッド板
６ アークランナ
１３ 高抵抗体
１４ 消弧装置

Claims (3)

1. 固定接点を有する固定接触子と、該固定接点と接離する可動接点を有する可動接触子と、複数の消弧板と、該消弧板を隙間を介して支持する支持部材とを有し、固定接点と可動接点間に発生したアークを消弧する消弧装置とを備えた回路遮断器において、
   前記消弧板の少なくとも一個を、前記固定接触子、固定接点、可動接触子、可動接点よりも体積抵抗率の高いグラファイトからなる高抵抗体で形成したことを特徴とする回路遮断器。
2. 複数の消弧板のうち、高抵抗体でない消弧板を磁性材料からなるグリッド板で形成したことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記接点間に発生したアークを消弧装置側に移動させるアークランナを前記固定接触子の先端に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。