JP5886918B2 - 配線用遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、短絡時に発生するアークガスの流出による絶縁破壊を防止できる配線用遮断器に関する。

一般に配線用遮断器（Molded Case Circuit Breaker; MCCB）とは、開閉機構、トリップ装置などを絶縁物の容器内に一体に組み立てたものであり、通常の使用状態の電路を手動又は絶縁物の容器外の電気操作により開閉することができ、かつ過負荷や短絡などのときに自動的に電路を遮断する器具である。

例えば、三相回路に線間短絡が発生した場合に配線用遮断器の内部に設けられたトリップ装置が接点を分離して電路を遮断するが、接点分離時にアークが発生してプラズマ状態のアークガスが配線用遮断器内に備えられたアークガスベント手段から外部に排出される。

図１０は従来の特許文献１による回路遮断器用ベント手段を説明するための斜視図であり、インタラプタアセンブリ７０の内部で発生したアークガスがインタラプタアセンブリ７０の下端のアークガス排気口８０からチャンバ領域１００に排出され、その後アークガスはチャンバ領域１００で三角形状のガス分岐部１１０により両側に分岐されてシュート９０から外部に排出される。

米国特許第７０３４２４１号明細書

しかし、従来の特許文献１によるアークガス排出構造においては、インタラプタアセンブリとケースの結合時に、アークガス排気口がチャンバ領域の両側壁から離隔され、アークガス排気口とケース壁面間の隙間にアークガスが流入して渦流が発生することにより、アークガスの排出が迅速に行われず、内部絶縁破壊の原因となる。

よって、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、従来のインタラプタアセンブリの排気口から排気されたアークガスが、排気ガイド壁面で渦流現象を生じることなく、迅速に外部に排出されるようにした配線用遮断器を提供することを技術的課題とする。

上記技術的課題を達成するために、本発明の一態様によれば、ケースと、インタラプタアセンブリと、排気案内部と、排気カバーと、排気ガイドとを含む配線用遮断器が提供される。

前記ケースは、線路側外部端子が接続される線路側端子部、及び負荷側外部端子が接続される負荷側端子部を備えてもよい。

前記インタラプタアセンブリは、前記ケースの内部に設けられ、アークガス排気口を備えて内部で発生したアークガスを排気してもよい。

前記排気案内部は、前記インタラプタアセンブリと前記端子部間に配置され、内部にアークガス分岐部を備えて前記アークガス排気口と前記端子部側に形成されたベントシュート間で両側に分岐されるアークガス移動通路となってもよい。

前記排気カバーは、前記排気案内部を覆う構造で前記ケースに装着されてもよい。

前記排気ガイドは、前記排気案内部に前記アークガス分岐部を介してアークガス排出方向に対して垂直方向に離隔して配置され、前記アークガス分岐部と共に前記アークガス移動通路を形成してもよい。

ここで、前記排気ガイドは、前記アークガス排出方向に対して垂直方向の離隔距離が広くなるようにテーパ状に形成されてもよい。

前記アークガス排気口の内面は、前記アークガス排出方向に対して垂直方向の幅が広くなるようにテーパ状に形成されてもよい。

前記インタラプタアセンブリは、前記アークガス排気口と前記排気ガイドの入口端が隙間なく接触するように設けられてもよい。

前記排気ガイドの入口端部は、前記アークガス排気口の幅と同じ幅であってもよい。

前記排気案内部は三相電源の各相毎に区画され、区画された前記排気案内部の内部空間に前記アークガス分岐部と前記排気ガイドにより分岐されたアークガス移動通路がそれぞれ形成されてもよい。

前記排気案内部間に配置された前記アークガス分岐部は三角形状に形成され、前記アークガス分岐部の三角形の頂点部分が前記アークガス排気口から離隔して配置されてもよい。

前記排気カバーは、内面にアークガス排出方向に対して垂直方向に離隔して形成された隔壁を備えて前記排気案内部を相毎に区画し、前記排気ガイドは、前記隔壁を介して離隔して配置され、相間絶縁距離を確保してもよい。

前記排気カバーは、前記隔壁を介して離隔して形成される排気ガイド挿入部をさらに備え、前記排気ガイドは、内部に挿入溝を備え、前記排気ガイド挿入部を収容して互いに重なる構造で結合されてもよい。

前記排気案内部に螺合可能に第１結合部をさらに備え、前記排気カバーに螺合可能に第２結合部をさらに備え、前記排気カバーが前記ケースに脱着可能に結合されてもよい。

本発明の配線用遮断器においては、インタラプタアセンブリの下端の排気口から排気されたアークガスが、排気ガイドにより渦流を生じることなく、迅速に外部に排出される。

本発明によるケースとインタラプタアセンブリの分解斜視図である。 本発明によるケースの底面斜視図である。 図２のケースとインタラプタアセンブリのＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図２のケースの排気カバーが除去された状態を示す底面斜視図である。 図４のケースの底面図である。 本発明による排気カバーの内面を示す斜視図である。 図６の排気カバーの内面を示す平面図である。 本発明による配線用遮断器の負荷側端子部を示す側面図である。 図８の配線用遮断器のＸ−Ｘ線断面図である。 従来の特許文献１による回路遮断器用ベント手段を説明するための斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明は、配線用遮断器において線間短絡時に発生するアークガスが、渦流を生じることなく、迅速に排出される排気ガイド構造に関する。

図１は本発明によるケースとインタラプタアセンブリの分解斜視図であり、図２は本発明によるケースの底面斜視図であり、図３は図２のケースとインタラプタアセンブリのＩＶ−ＩＶ線断面図である。

本発明による配線用遮断器は、ケースと、インタラプタアセンブリ２２０と、アークガス排出システムとを含む。

一実施形態による遮断器は、Ｒ、Ｓ、Ｔ相、すなわち三相３線式の電源（Line）で構成される。

ケースは、製品の外形及び骨格となる上部ケースと下部ケース２１０に分けられる。前記上部ケースは、遮断器のオン／オフ手動操作のためのハンドルを備え、上方に位置してカバーの役割を果たす。下部ケース２１０は、インタラプタアセンブリ２２０やトリップ部などの内部部品を収容し、下方に位置して本体の役割を果たす。

特に、下部ケース２１０は、一方向の側面が他方向の側面より長い箱型構造からなり、長いほうを長さ方向、短いほうを幅方向とすると、下部ケース２１０の長さ方向両端部にそれぞれ電源側端子部２１１と負荷側端子部２１２が備えられ、電源及び負荷を接続することができる。ここで、電源側端子部２１１及び負荷側端子部２１２は四方が閉鎖されており、長さ方向に開口している。

また、電源側端子部２１１と負荷側端子部２１２の間にインタラプタアセンブリ２２０を収容するための内部空間２１４が備えられ、内部空間２１４は幅方向に間隔をおいて長さ方向に長く形成された隔壁により各相毎に区画されており、三相の電源が独立して負荷側に接続又は遮断される。ここで、内部空間２１４の上面は開口している。

インタラプタアセンブリ２２０は、３つの相毎にそれぞれ備えられ、下部ケース２１０に区画された各内部空間２１４にそれぞれ挿入装着され、各相の接点を開閉する機能を有する。

インタラプタアセンブリ２２０は、長さ方向の中心線を基準に左右対称に分割されたハウジング２２１と、ハウジング２２１の内部に備えられた可動台２２３及び固定台２２４と、アークガスを消弧するための消弧部２２６とを含む。

固定台２２４は、ハウジング２２１の内部に対角線方向に配置固定され、固定台２２４の一端部に固定接点２２４ａがそれぞれ固定されるように設けられる。ここで、固定接点２２４ａは、可動台２２３に備えられた可動接点２２３ｃの回動半径範囲内に位置する。

可動台２２３は、中心がハウジング２２１の中心部に位置するシャフトに回動可能なヒンジ構造で結合される可動台本体２２３ａと、可動台本体２２３ａから互いに反対方向に長く延びる可動台アーム部２２３ｂと、可動台アーム部２２３ｂの端部にそれぞれ備えられた可動接点２２３ｃとから構成される。ここで、可動接点２２３ｃは、可動台２２３の回動と連動して固定接点２２４ａに接離する。

消弧部２２６は、固定台２２４から遠ざかる可動台２２３の回動方向に離隔して配置される複数のグリッド２２５を備え、ハウジング２２１の内部に固定台２２４の固定接点２２４ａと隣接するように対角線方向に位置し、可動接点２２３ｃと固定接点２２４ａ間から発生するアークを消弧（消滅）する役割を果たす。グリッド２２５は、アークがグリッド２２５間の隙間に進入するように誘導することにより、アークを切断することができ、かつグリッド２２５の端部に延長させて消滅させることができる。

図４は図２のケースの排気カバーが除去された状態を示す底面斜視図であり、図５は図４のケースの底面図であり、図６は本発明による排気カバーの内面を示す斜視図であり、図７は図６の排気カバーの内面を示す平面図である。

前記アークガス排出システムは、ハウジング２２１に備えられたアークガス排気口２２２と、端子部に備えられたベントシュート２１３と、アークガス排気口２２２とベントシュート２１３間に配置される排気案内部２３０とから構成される。

アークガス排気口２２２は、ハウジング２２１の両端部に消弧部２２６と隣接して形成され、インタラプタアセンブリ２２０の内部で接点間に発生したアークガスをアークガス排気口２２２から外部に排出することができる。

電源側端子部２１１及び負荷側端子部２１２は、外部の電源側ターミナル又は負荷側ターミナルが接続される部分であり、各端子部を介して両側面にベントシュート２１３が形成されることにより、アークガスが外部に排出される。

前記トリップ部は、下部ケース２１０の内部に負荷側端子部２１２に隣接して設けられ、後述する排気案内部２３０の上部に配置され、例えば線間短絡時に接点を自動で分離する機能を有する。

排気案内部２３０は、下部ケース２１０の中間の内部空間２１４と端子部間にそれぞれ配置され、アークガス排気口２２２とベントシュート２１３間に位置してアークガス通路となる排出チャンバ２３１を備える。

また、排気案内部２３０は、遮断器の設置座面に接する下部ケース２１０の底面から高さ方向に離隔して配置された遮蔽部材２３４を備え、下部ケース２１０の内部空間と排出チャンバ２３１を別個の独立空間として区分する。この遮蔽部材２３４は、排出チャンバ２３１に排出されるアークガスが下部ケース２１０の内部に流入することを根本的に防止するだけでなく、ベントシュート２１３から迅速に排出されるようにする。

遮蔽部材２３４は、プレート構造からなり、遮蔽部材２３４の一端部が負荷側端子部２１２に接触し、遮蔽部材２３４の他端部が負荷側端子部２１２からアークガス排気口２２２に向かって水平に延設されてアークガス排気口２２２に接触する。

また、排気案内部２３０の一側（アークガス排出方向Ｙの上流側）で断面コ字状の挿入部２３２がアークガス排気口２２２の外面を覆う構造を有する。例えば、アークガス排気口２２２が四角形の閉断面形状を有し、挿入部２３２がアークガス排気口２２２の外面のうち隣接する３面を覆うコ字状に形成され、挿入部２３２が排出チャンバ２３１に連通するように形成される。こうすることにより、インタラプタアセンブリ２２０が下部ケース２１０の内部に挿入装着される際にアークガス排気口２２２が挿入部２３２に挿入され、インタラプタアセンブリ２２０の内部で発生したアークガスが排出チャンバ２３１に排出されるようになる。

また、排気案内部２３０は、アークガス排気口２２２から排出されたアークガスを両側に分岐し、各相毎に離隔して配置された一対のベントシュート２１３にガスの流れを誘導する三角形のガス分岐部２３３を備える。

ガス分岐部２３３は、遮蔽部材２３４の端部に三角形状に形成される。

ガス分岐部２３３の三角形の頂点部分は、アークガス排気口２２２の幅方向中心線と一致する。

ガス分岐部２３３の三角形の頂点部分は、アークガス排出方向にアークガス排気口２２２の終端部から所定の間隔Ｇで離隔して配置され、アークガスの流動抵抗を最小限に抑えることにより、アークガスが迅速に排出されるようにする。

ここで、アークガス排気口２２２とガス分岐部２３３の三角形の頂点間の間隔は、特に限定されるものではないが、ガスの流動抵抗を最小限に抑えることができる距離であることが好ましい。

こうすることにより、アークガス排気口２２２とガス分岐部２３３の三角形の頂点間に間隔がない場合に比べて流動抵抗が低下することは、実験により確認されている。

ガス分岐部２３３は、三相電源の各相毎に区画された別個の空間にそれぞれ離隔して配置される。

排気案内部２３０は、遮断器の設置座面と対向する面に開口部を有し、前記開口部を覆うために排気カバー２４０が排気案内部２３０に設けられる。

排気カバー２４０は、下部ケース２１０の底面に脱着可能に装着され、排気案内部２３０の開口部を開閉することができる。

ここで、排気カバー２４０を下部ケース２１０と別個に製作して下部ケース２１０に脱着可能な構造に設計した理由は、アーク排気ガスの絶縁性を確保するためであるが、これについてより詳細に説明する。

前述したように、排気案内部２３０に備えられた三角形状のガス分岐部２３３を射出成形などにより下部ケース２１０と一体に成形するためには、金型設計上の理由からガス分岐部２３３の上面又は下面を開放しなければならない。

しかし、従来のようにガス分岐部２３３の上面が開放されていると、ガス分岐部２３３の上面からインタラプタアセンブリで発生したアークガスが下部ケース２１０の内部に排気され、下部ケース２１０内部の導体間で絶縁破壊が起こることにより、短絡が生じることがある。

上記問題を解決するために、本発明においては、ガス分岐部２３３の上面を遮蔽部材２３４により密閉し、その代わりにガス分岐部２３３の下面を開放するが、ガス分岐部２３３の下面である排気案内部２３０の開口部を開閉できるように排気カバー２４０を装着することにより、下部ケース２１０と大地間の絶縁を確保することができる。

すなわち、遮蔽部材２３４が排気案内部２３０と下部ケース２１０の内部間を別個の空間に区画することにより、アークガスが下部ケース２１０の内部に流入することを防止し、排気カバー２４０が排気案内部２３０と大地間を遮ることにより、アークガスが下部ケース２１０の外部に流出することを防止する。

排気カバー２４０は、ガス排出方向Ｙより、ガス排出方向に対して垂直方向Ｘのほうが長く形成されるプレート状のカバー本体２４１と、カバー本体２４１の長さ方向両端部で下部ケース２１０の内部に挿入可能に突出形成されるエンドプレート２４２と、エンドプレート２４２間でガス排出方向に対して垂直方向Ｘに離隔して突出形成された隔壁２４５とを含む。

排気案内部２３０には、排気カバー２４０の内面に形成された隔壁２４５により三相の内部空間が設けられる。

また、排気案内部２３０は、各相毎に区画された内部空間にガス分岐部２３３を介して両側面にそれぞれ離隔して形成された排気ガイド２３５を備え、アークガス排気口２２２から排気されたアークガスが二股に分岐して流れるようにするアークガス移動通路となることにより、アークガス排気口２２２とベントシュート２１３間の連結通路の役割を果たす。

しかし、排気ガイド２３５がアークガス排気口２２２の端部から離隔して配置されると、アークガス排気口２２２から排気されたアークガスが排気ガイド２３５の入口端に到達する前に、排気ガイド２３５とアークガス排気口２２２間の隙間に流入することにより、渦流が発生することがあり、これはアークガスの迅速な排出を妨害する要素となる。

上記問題を解決するために、本発明においては、アークガス排気口２２２と排気ガイド２３５間の隙間を排除することにより、アークガスの渦流発生を防止するだけでなく、アークガス排気口２２２の内面と排気ガイド２３５を同一傾斜面で連結することにより、排気ガイド２３５によるいかなる干渉も受けずにアークガスの迅速な排出を誘導することができる。

図８は本発明による配線用遮断器の負荷側端子部を示す側面図であり、図９は図８の配線用遮断器のＸ−Ｘ線断面図である。

アークガス排気口２２２の内面は、アークガス排出方向に対して垂直方向Ｘの幅がハウジング２２１の内部から出口方向に向かって広くなるようにテーパ状に形成されることにより、ハウジング２２１の内部で発生したアークガスを排出チャンバ２３１に円滑に排出することができる。

排気ガイド２３５は、アークガス排出方向に対して垂直方向Ｘにガス分岐部２３３から離隔して形成され、排気ガイド２３５とガス分岐部２３３間に分岐されたアークガス移動通路となる。

また、排気ガイド２３５の側面は、アークガス排出方向に対して垂直方向Ｘの離隔距離が排気ガイド２３５の出口方向へ行くほど次第に広くなるように形成される。

ここで、排気ガイド２３５の一側面は、アークガス排気口２２２の内面と同一傾斜面（テーパ状の面）からなることにより、すなわち同じ傾きで傾斜するように形成されることにより、アークガスがアークガス排気口２２２の内面からベントシュート２１３まで一度にノンストップで排出されるようにすることができる。

一方、排気案内部２３０は、排気カバー２４０の内面に形成された隔壁２４５により各相毎に区画されるが、排気カバー２４０が排気案内部２３０の開口部を覆うように組み付けられると、隔壁２４５と排気案内部２３０の遮蔽部材２３４間に隙間が生じることがあるので、この隙間からアークガスが隣接する区画空間にオーバーフローすることを防止しなければならない。

このために、排気ガイド２３５のうち排気案内部２３０の中間に位置する排気ガイド２３５は、排気カバー２４０の隔壁２４５を介して隣接する排気案内部２３０の区画空間でそれぞれ離隔して突出形成され、離隔して配置された排気ガイド２３５間に隔壁収容溝２３７が形成され、この隔壁収容溝２３７に隔壁２４５が挿入結合されることにより、遮蔽部材２３４と隔壁２４５間の隙間からアークガスがオーバーフローすることを防止することができる。

また、排気案内部２３０の中間に位置する排気ガイド２３５は略直角三角形状に形成され、排気ガイド２３５の内側にガイド挿入溝２３５ａが形成される。また、排気カバー２４０の内面にガイド挿入部２４３が隔壁２４５から離隔して突出形成されるので、ガイド挿入溝２３５ａに挿入結合することができる。

ここで、ガイド挿入部２４３は排気ガイド２３５のガイド挿入溝２３５ａに、隔壁２４５は排気ガイド２３５間の隔壁収容溝２３７に、それぞれ二重に重なる構造で噛み合うように結合されるので、区画空間間の隙間を密閉するのに非常に効果的なだけでなく、相間の絶縁距離を確保することができる。

排気カバー２４０は、下部ケース２１０の底面に位置する排気案内部２３０を覆うように脱着可能に結合される。ここで、排気案内部２３０の排気ガイド２３５間に第１結合部２３６が突出形成され、排気カバー２４０の内面に第２結合部２４４が突出形成されるので、第１結合部２３６及び第２結合部２４４が積層された状態でネジなどの締結部材により排気カバー２４０を下部ケース２１０に締結することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲は、前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形及び改良形態を含むものである。

２１０ 下部ケース
２１１ 電源側端子部
２１２ 負荷側端子部
２１３ ベントシュート
２２０ インタラプタアセンブリ
２２２ アークガス排気口
２３０ 排気案内部
２３３ ガス分岐部
２３５ 排気ガイド
２３５ａ ガイド挿入溝
２３６ 第１結合部
２４０ 排気カバー
２４３ ガイド挿入部
２４４ 第２結合部
２４５ 隔壁

Claims (8)

1. 線路側外部端子が接続される線路側端子部、及び負荷側外部端子が接続される負荷側端子部を備えるケースと、
   前記ケースの内部に設けられ、アークガス排気口を備えて内部で発生したアークガスを排気するインタラプタアセンブリと、
   前記インタラプタアセンブリと前記端子部間に配置され、内部にアークガス分岐部を備えて前記アークガス排気口と前記端子部側に形成されたベントシュート間で両側に分岐されるアークガス移動通路となる排気案内部と、
   前記排気案内部を覆う構造で前記ケースに装着される排気カバーと、
   前記排気案内部に前記アークガス分岐部を介してアークガス排出方向に対して垂直方向に離隔して配置され、前記アークガス分岐部と共に前記アークガス移動通路を形成する排気ガイドとを含み、
   前記排気カバーは、内面にアークガス排出方向に対して垂直方向に離隔して形成された隔壁を備えて前記排気案内部を相毎に区画し、
   前記排気ガイドは、前記隔壁を介して離隔して配置され、相間絶縁距離を確保し、
   前記排気カバーは、前記隔壁を介して離隔して形成されるガイド挿入部をさらに備え、
   前記排気ガイドは、内部にガイド挿入溝を備え、前記ガイド挿入部を収容して互いに重なる構造で結合される配線用遮断器。
2. 前記排気ガイドは、前記アークガス排出方向に対して垂直方向の離隔距離が広くなるようにテーパ状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の配線用遮断器。
3. 前記アークガス排気口の内面は、前記アークガス排出方向に対して垂直方向の幅が広くなるようにテーパ状に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線用遮断器。
4. 前記インタラプタアセンブリは、前記アークガス排気口と前記排気ガイドの入口端が隙間なく接触するように設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の配線用遮断器。
5. 前記排気ガイドの入口端は、前記アークガス排気口の幅と同じ幅であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の配線用遮断器。
6. 前記排気案内部は三相電源の各相毎に区画され、区画された前記排気案内部の内部空間に前記アークガス分岐部と前記排気ガイドにより分岐されたアークガス移動通路がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の配線用遮断器。
7. 前記排気案内部間に配置された前記アークガス分岐部は三角形状に形成され、前記アークガス分岐部の三角形の頂点部分が前記アークガス排気口から離隔して配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の配線用遮断器。
8. 前記排気案内部に螺合可能に第１結合部をさらに備え、前記排気カバーに螺合可能に第２結合部をさらに備え、前記排気カバーが前記ケースに脱着可能に結合されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の配線用遮断器。

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