JP6351369B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統の電路を開閉する例えば断路器や遮断器などの開閉装置に係るもので、特に開閉器の接点構造の改良に関するものである。

従来のバッファ形ガス遮断器であって、消弧性ガスで充填されたタンク内に、軸状導体の固定アーク接点と、この固定アーク接点の軸方向に移動可能なアーク接点を、中空導体の内腔に出し入れされることによって固定アーク接点と接離する可動アーク接点とが配置され、固定アーク接点と可動アーク接点との開離間隙に生ずるアークが圧縮ガスで吹き消されるものにおいて、固定アーク接点の可動アーク接点側がらせん状に形成された技術が示されている（例えば特許文献１）。
また、摺動型接点電子部品であって、絶縁基板の表面に摺動子が摺接する導体部を形成し、この導体部の表面と摺動子軌跡上の絶縁基板表面とを同一表面上に位置させ、導体部の摺接端部と絶縁基板との間に、摺動子の接触部より幅の小さい空隙部を設けた技術が示されている（例えば特許文献２）。

特開平８−３１５６９６号公報 実開平５−１１２０号公報

しかしながら上記特許文献１に示された遮断器では、可動接点の駆動方向に対して水平方向に配置された場合、接点間の摩擦による摩耗やアークによる溶損によって、接点から金属粒子が発生し、その金属粒子が絶縁部材上に飛散する。接点間に金属粒子が存在した場合、金属粒子によって再発弧するため、結果的にアーク時間が増大する。このアーク時間の増大に伴い接点損傷が大きくなるので、大量発生した金属粒子によって開極不良を引き起こすという問題点がある。また、上記特許文献２のような接点構造では、電子部品の接点の小電流領域に適用されるものであり、電力系統のような大電流領域に用いると、アークによって大量の金属粒子が発生し、そのため固定接点と絶縁部材の間に空隙部の容量以上に金属粒子が発生した場合に、絶縁部材上に金属粒子が飛散し、上記特許文献１と同様にアーク時間の増大に伴い開極不良を引き起こすという問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、接点の摩耗やアークによって発生した金属粒子が絶縁部上に飛散しない構成を有するので、絶縁部と接点の間で確実に電気的に区切ることができ、アーク時間の増大を防止可能とし、このためアークによる損傷を抑制し開極不良が生じない開閉装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、円筒状に形成された固定接点の内部を、軸方向に移動する可動接点を備えた開閉装置において、可動接点には固定接点に接触するフィンガコンタクトが設けられており、固定接点の外周に設けられた絶縁部には、固定接点の端部を覆うように、可動接点が貫通する貫通穴を有する絶縁冠部が形成されているとともに、貫通穴の内径がフィンガコンタクトの外径より小さいものである。

また、第２の発明は、円筒状に形成された固定接点の内部を、軸方向に移動する可動接点を備えた開閉装置において、可動接点の先端部には円板状の先付絶縁部が設けられており、固定接点の端部にはフィンガコンタクトが設けられ、先付絶縁部の外径がフィンガコンタクトの内径より大きいものである。

第１の発明に係る開閉装置によれば、可動接点と固定接点との摩耗やアークによる溶損によって、接点から発生する金属粒子が絶縁冠部への進入を防ぎ、絶縁冠部と固定接点との間で電気的に確実に区切ることが可能となり、アーク時間の増大を防ぐことで、アークによる損傷を抑制し、開極不良を生じないという効果がある。

また第２の発明による開閉装置によれば、先付絶縁部と固定接点との接触面上への金属粒子の侵入を防ぎ、上記第１の発明と同様の効果を奏する。

実施の形態１による開閉装置の閉極状態を示す断面図である。 実施の形態１によるフィンガコンタクトを示す図である。 実施の形態１による開閉装置の開極状態を示す断面図である。 実施の形態２による開閉装置の閉極状態を示す断面図である。 実施の形態２による開閉装置の開極状態を示す断面図である。 実施の形態２によるフィンガコンタクトを示す見取り図である。 実施の形態３による開閉装置の開極状態を示す断面図である。 実施の形態４による開閉装置の開極状態を示す断面図である。 実施の形態５による開閉装置の開極状態を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は開閉装置２０の閉極状態を示す要部概念断面図であり、この開閉装置２０は図示省略した絶縁性ガスが封入されたタンク内に設置されている。図１において、可動接点１の先端部分には後述の図３に示す円筒形状のフィンガコンタクト１ａが形成されている。この可動接点１は図示省略した駆動装置によって図１の軸方向（左右方向）に移動可能であり、前記フィンガコンタクト１ａは円筒状に形成された固定接点２の内径Ｄ_Ｓに接して摺動する。図３に示すようにこの固定接点２の端部２ａの内径側には所定の隅部曲率Ｒあるいは所定の面とりが施されて、端部２ａと絶縁冠部３ａとの間に隅部Ｓが形成されている。尚この図１に示す閉極状態では、フィンガコンタクト１ａの外径Ｄ_Ｆと前記固定接点２の内径Ｄ_Ｓは等しい。固定接点２の外周部には絶縁性材料で形成された絶縁部３が設けられているとともに、前記固定接点２の端部２ａを覆うように絶縁冠部３ａが形成されている。この絶縁冠部３ａは所定の長さＬ_２を有し、かつ内径Ｄ_３の貫通穴３ｃを有している。また、所定の長さＬ_１を有するフィンガコンタクト１ａが設けられた可動接点１は可動接点外径Ｄ_４を有しており、前記絶縁冠部３ａの内径Ｄ_３＞可動接点外径Ｄ_４である。

次に可動接点１のフィンガコンタクト１ａを図に基づいて説明する。図２はフィンガコンタクト１ａの１例であり、円筒形状に形成された金属性のフィンガコンタクト１ａは、円周上に複数のスリット１ｂが設けてある。また、フィンガコンタクト１ａは外径Ｄ_Ｆを有するとともに、内径Ｄ_５を有し、この内径Ｄ_５部分はフィンガコンタクト１ａの端面から、所定の長さＬ_３を有している。このため図３に示すように可動接点１が移動して開極状態となる場合、絶縁冠部３ａの貫通穴３ｃの内径Ｄ_３にフィンガコンタクト１ａの外径Ｄ_Ｆが接して内径Ｄ_５側に撓み変形を行う。逆に可動接点１を固定接点２の内径Ｄ_Ｓ側に挿入した場合、フィンガコンタクト１ａの弾性力によって固定接点２の内径Ｄ_Ｓに接圧が加わることになる。尚、可動接点１の材質とフィンガコンタクト１ａとは同一の金属材を用いて形成してもよく、異なる材質であってもよい。また、固定接点２の端部２ａと基底部２ｂも同一金属材または異なる材質であってもよい。すなわちアークが発生する部分と通電部分とは各々異なる金属材を用いてもよく、同一の金属材を用いてもよい。また、絶縁部３や絶縁冠部３ａの材質としては、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、アクリル酸エステル共重合体、脂肪族炭化水素樹脂、ポリビニルアルコール、ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、イソプレン樹脂、エチレンプロピレンゴム、エチレンビニルアセテート共重合体、ポリアミド樹脂などの任意の１種または複数を組み合わせたものが適している。以上のような材質を絶縁部３や絶縁冠部３ａに用いると、開閉装置２０が動作時に発生するアークが接触することで、絶縁部３や絶縁冠部３ａの表面が蒸発し分解ガスが発生する（この現象をアブレーションと称す）。絶縁部３、絶縁冠部３ａが気化するとき気化潜熱によってアークを冷却することができるので、アークは消弧されやすくなるという効果がある。このようにアブレーションに優れた材質を用いると遮断性能を向上させることが可能となる。尚、図１に示した開閉装置２０は、例えば３相交流の場合、同様の構成を備えたものが相数に応じて必要数、相互に所定の間隔をあけて並設される。

次に、開閉装置２０の動作について図１、図３を参照して説明する。図１に示す閉極状態では、可動接点１と固定接点２が接合しており、この状態で通電がなされる。続いて外部からの開極指令信号により動作する図示省略した駆動装置により、可動接点１が図１の左方に移動して開極し始める。図３は可動接点１が移動し、絶縁冠部３ａに達すると、絶縁冠部３ａの貫通穴３ｃの内径Ｄ_３はフィンガコンタクト１ａの外径Ｄ_Ｆより小さいため、フィンガコンタクト１ａが撓んで絶縁冠部３ａを通過する。図３に示すように固定接点２の端部２ａとフィンガコンタクト１ａとの接触が離れた開極状態では通電状態がオフとなる。この実施の形態１では、固定接点２の外部を囲む絶縁部３と端部２ａを覆うように絶縁冠部３ａを設けているので、アークや摩耗によって発生する金属粒子４がフィンガコンタクト１ａと絶縁冠部３ａとの接触面上への侵入を防ぐとともに、固定接点２の内径Ｄ_Ｓ＞絶縁冠部３ａの内径Ｄ_３、ならびに固定接点２の隅部曲率Ｒによって形成される固定接点２の端部２ａと絶縁冠部３ａとの隅部Ｓに金属粒子４が溜まる。以上のことにより小型で電気的な遮断を確実に行うことが可能な開閉装置となり、アーク時間の増大化を防止し、アークによる損傷を抑制し開極不良を生じないという効果がある。

実施の形態２．
次に実施の形態２による開閉装置２０を説明する。図４（ａ）は前述した実施の形態１と同様に開閉装置２０の閉極状態を示す要部概念断面図である。この実施の形態２では可動接点１の先端部１ｃに先付絶縁部３ｂが設けてあり、また固定接点２の端部２ａに長さＬ_１を有するフィンガコンタクト２ｃが設けてある。先付絶縁部３ｂは長さＬ_３を有するとともに外径Ｄ_６を有する。ここでフィンガコンタクト２ｃは実施の形態１で述べた図２に示す構造と相似の形状を備えているが、別の形状として、図６に示すフィンガコンタクト２ｄを用いることもできる。図６に示すフィンガコンタクト２ｄは、円筒形状に形成され、円周方向に複数の溝を有した支持板１０に、板形状に形成された金属製の板状接点１１が、支持板１０の溝に夫々配置され、板状接点１１の外面Ａを囲うように図示省略したコイルバネが配置される。このフィンガコンタクト２ｄを実施の形態２の上記固定接点２に使用した場合、板状接点１１の内面Ｂに可動接点１または先付絶縁部３ｂが接触することで、板状接点１１の先端が内面Ｂから外面Ａ方向へ変形する。そして、変形したことによる弾性力によって、可動接点１または先付絶縁部３ｂに接圧が加わることになる。

次に、動作について図４、図５を参照して説明する。図４（ａ）の閉極状態では、可動接点１と固定接点２が結合しており通電する。続いて、外部からの開極指令信号によって可動接点１が開極し始める。図５は開離状態の開閉装置２０の断面図である。可動接点１が開極し始め、先付絶縁部３ｂに差し掛かることで、先付絶縁部３ｂの外径Ｄ_６はフィンガコンタクト２ｃの内径Ｄ_７よりも大きいため、先付絶縁部３ｂが取っ掛かりとなり、フィンガコンタクト２ｃが撓むことで開離する。可動接点１の先端部１ｃには、可動接点１の外径Ｄ_４よりも大きな外径Ｄ_６を有する先付絶縁部３ｂが配置されているため、アークや摩耗によって発生する金属粒子４が、可動接点１と先付絶縁部３ｂとの接合部分の隅部Ｓに溜まり、よって、先付絶縁部３ｂと可動接点１の間で電気的に確実に区切ることができ、アーク時間の増大を防ぐことで、アークによる損傷を抑制し開極不良が生じない。尚図４（ｂ）に他の実施例として可動接点１の先端部１ｃに段付部１ｄを設けた例を示す。この段付部１ｄによって先付絶縁部３ｂとの間に隅部Ｓが形成されて、上記と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
次に実施の形態３を説明する。図７は開極状態の開閉装置２０の断面図であり、固定接点２の端部２ａと絶縁部３の絶縁冠部３ａとの間に空隙部５が設けられており、その他の構成は実施の形態１で示した図１と同様である。このような構成の開閉装置２０では、アークや摩耗によって発生した金属粒子４が空隙部５に入り込み、絶縁冠部３ａとフィンガコンタクト１ａとの接触面に金属粒子４の侵入を防止する。よってアーク時間の増大を防ぎ、アークによる損傷を抑制し、開極不良を生じない効果を奏する。

実施の形態４．
実施の形態４を図８に示す。この実施の形態４による絶縁部３には前述した実施の形態３で示した空隙部５に該当する絶縁部３の円周上の複数箇所に排気口６を設けたものであり、その他は実施の形態３と同様である。尚、排気口６の数や円周方向の設置位置は特に限定されるものではなく、一か所以上で、金属粒子４が蓄積しやすい箇所に配置されれば良く、複数の排気口６を線対称に配置する必要もない。このように構成された実施の形態４では、金属粒子４がアークや摩耗によって空隙部５に入り込んだ金属粒子４は排気口６によって除去されるので、アーク時間の増大を防ぎ、アークによる損傷を抑制し、開極不良が生じない。

実施の形態５．
図９は実施の形態５の開極状態の開閉装置２０を示す断面図である。この実施の形態５は、絶縁冠部３ａに、永久磁石７が埋め込まれたものであり、固定接点２および可動接点１に磁界が加わるように配置している。その他の構成は実施の形態１、３、４と同様である。尚、永久磁石７は軸方向、すなわち可動接点１の移動方向に沿ってＮ極、Ｓ極、またはＳ極、Ｎ極となる向きに配置されている。また、永久磁石７は、絶縁冠部３ａの中に一体的に埋め込まれていても良いし、あるいは別体に構成し、組立時に上記絶縁冠部３ａの中に組み込むようにしても良い。永久磁石７の形状は、円柱形状やリング形状でも良いし、円柱形状のものを円周上に配置しても良い。このように構成された実施の形態５においては、アークは、永久磁石７による磁界により円周方向の力を受けて回転運動をする。すなわち、アークが回動するため、固定接点２および可動接点１の温度上昇抑制および強制対流の冷却効果によって遮断性能が向上する。同時に、アークは可動接点１の開極方向の磁界に沿うように伸長する特性があり、アークは永久磁石７に引き寄せられる。永久磁石７のまわりが上記絶縁部３、絶縁冠部３ａによって覆われ、保護されているため、永久磁石７によって引き寄せられたアークは絶縁部３、絶縁冠部３ａに接触することで分解ガスが発生し、この分解ガス発生時の気化潜熱によってアークが冷却されるため、遮断性能を向上できるという効果がある。

尚、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 可動接点、１ａ フィンガコンタクト、１ｃ 先端部、１ｄ 空隙部、
２ 固定接点、２ａ 端部、２ｃ フィンガコンタクト、３ 絶縁部、３ａ 絶縁冠部、４ 金属粒子、５ 空隙部、６ 排気口、Ｓ 隅部、Ｒ 隅部曲率、２０ 開閉装置。

Claims (8)

1. 円筒状に形成された固定接点の内部を、軸方向に移動する可動接点を備えた開閉装置において、前記可動接点の先端部には前記固定接点の内径に接触するフィンガコンタクトが設けられており、前記固定接点の外周に設けられた絶縁部には、前記固定接点の端部を覆うように前記可動接点が貫通する貫通穴を有する絶縁冠部が形成されているとともに、前記絶縁冠部の前記貫通穴の内径が前記固定接点の内径より小さく、かつ、前記絶縁冠部に接する前記固定接点の前記端部の内径側には隅部曲率または面とりのいずれかが施され、前記固定接点の前記端部と前記絶縁冠部との間に隅部が形成されている開閉装置。
2. 円筒状に形成された固定接点の内部を、軸方向に移動する可動接点を備えた開閉装置において、前記可動接点の先端部には円板状の先付絶縁部が設けられており、前記固定接点の端部には前記可動接点の外径に接触するフィンガコンタクトが設けられ、前記先付絶縁部の外径が前記可動接点の外径より大きく、さらに、前記可動接点の前記先端部には隅部曲率または面とりのいずれかが施され、前記可動接点の先端部と前記先付絶縁部との間に隅部が形成されている開閉装置。
3. 前記絶縁冠部と前記固定接点の前記端部との間には、空隙部が設けられている請求項１に記載の開閉装置。
4. 前記絶縁部の前記空隙部に該当する箇所の円周上には、排気口が設けられている請求項３に記載の開閉装置。
5. 前記可動接点と前記固定接点に磁界が印加されるように、前記絶縁冠部に永久磁石が設けられている請求項１、請求項３または請求項４のいずれか１項に記載の開閉装置。
6. 前記絶縁部および前記絶縁冠部は、アブレーションに優れた材質であって、任意の１種あるいは複数の種類の材質が組み合わせて用いられている請求項１、または請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の開閉装置。
7. 前記可動接点の前記先端部には段付部が設けられて、前記先付絶縁部との間に隅部が形成されている請求項２に記載の開閉装置。
8. 前記先付絶縁部は、アブレーションに優れた材質であって、任意の１種あるいは複数の種類の材質が組み合わせて用いられている請求項２、または請求項７に記載の開閉装置。

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