JP6407131B2

JP6407131B2 - 開閉装置

Info

Publication number: JP6407131B2
Application number: JP2015232552A
Authority: JP
Inventors: 渡邉　真也; 真也渡邉; 聡介内野; 雄大相良; 貢森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP2017102996A

Description

この発明は気中遮断器や配線用遮断器や漏電遮断器などに用いることができる接点間に発生するアークを消弧して電路を開放する開閉装置に関するものである。

従来の気中遮断器として、単一の固定子側板状端子導体上に一直線上に並列に配置された複数の固定接点と、単一の板状の可動子側端子導体に可動に支持され、それぞれの固定接点に対応して並列に配置された複数の可動子と、各々この可動子上に設けられて対応した固定接点に対して接離可能な一直線上に並列に配置された可動接点とを備えた気中遮断器がある。この種の遮断器では、前記固定接点および可動接点の電流遮断時の損耗を保護するために、固定子と可動子との電気的接続を最後に開離させてアークを前記固定接点および前記可動接点から転移させるアーク接点を別に設ける先行技術がある（例えば特許文献１参照）。
また、複数の可動子の開閉時のばらつきを抑えて接触信頼性を高めるために、可動子の開閉力を作る機構部と複数の可動子の間には接圧ばねを有した動力伝達部を介在させて、この動力伝達部の駆動により複数の可動子を同時に開閉させる先行技術がある（例えば特許文献２参照）。

特開平２−７９３１５号公報（図２）特開２０１３−１１５０５０号公報（図１）

前記のような従来の気中遮断器では、開極時にアーク接点でアークが発生した際に生じる熱ガスや金属溶融物が周囲に飛散し、その一部が閉極時に主に通電される主接点側に吹付けられる。これにより、主接点の劣化や損耗を招き、通電時の接点接触信頼性が損なわれる原因になる。また、熱ガスが主接点側や導体間で拡がり充満した場合には、主接点間や導体間の絶縁が極めて低下し、主接点側や導体間で絶縁破壊が発生し易くなる。従って、遮断時にアークが消弧しづらくなり、遮断信頼性が低下する問題があった。
また、一般的にアーク接点は損耗に強くするために、その材料にはタングステンなどの高融点材料を多く含む銀合金や銅合金が使用される場合が多い。しかしながら、この高融点材料の配合率が多くなると、仕事関数が比較的小さな銀や銅に電流が集中し、この結果として銀蒸気や銅蒸気が大量に発生してアークの膠着を招くケースがあった。従って、アークが膠着により伸長できずに遮断信頼性が低下したり、膠着時間が長い場合には結果的にアーク接点の損耗が多くなったりする課題もあった。

この発明は前記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、遮断信頼性を低下させることなく、アーク接点の損耗を防止し、主接点の接触信頼性も改善できる気中遮断器を提供することを目的としている。

この発明に係る板材の開閉装置は、アーク接点を有する第１可動子と、主接点を有する第２可動子と、前記接点の対となるアーク接点および主接点を有する固定子と、前記両可動子と連結して駆動するための機構部と、接点開離時に前記第１可動子のアーク接点で生じるアークと前記第２可動子とを隔離する隔離壁とを備え、前記隔離壁にはアークの伸長方向へアークを反射させる向きにアーク反射面を設けたものである。

この発明によれば、開極に際して発生するアークと主接点とを隔離する隔離壁によって、アークから発生する熱ガスや溶融物の主接点側への吹付けが妨げられるため、主接点の損耗や主接点側での絶縁破壊を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る気中遮断器の開極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を概略的に示す側面断面図である。本発明の実施の形態１に係る気中遮断器の開極状態において固定子および可動子周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態１の変形例に係る気中遮断器の開極状態において固定子および可動子周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態２に係る気中遮断器の開極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を概略的に示す側面断面図である。本発明の実施の形態２に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態３に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態４に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態４の変形例に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態４の変形例に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態５に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態６に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態７に係る気中遮断器の開極状態において可動子と動力伝達部の周囲の主要部構造のみを示した概略図である。本発明の実施の形態８に係る気中遮断器の開極状態において固定子および可動子周囲の主要部構造のみを示した概略図である。

実施の形態１．
本発明における実施の形態１を図１から図３までについて説明する。
図１は本発明における実施の形態１に係る気中遮断器の開極状態における機構部及び消弧室部分の要部構成を概略的に示す側面断面図である。図において、気中遮断器は合成樹脂などの絶縁体で構成されるケース１と、ケース１に支持されてそれぞれ外部回路に接続できる第１端子２と第２端子３とが配設され、ケース１の内部には後述する消弧室４や閉開極動作の動力を作る機構部５が設けられている
消弧室４には、固定主接点６と固定アーク接点７を備えた固定子８と、可動アーク接点９を備えた第１可動子１０と、可動主接点１１を備えた第２可動子１２と、が設けられており、前記固定子８と前記両可動子１０，１２は、それぞれ第１端子２と可とう導体１３を有する第２端子３と結合され、機構部５の動力によって前記両可動子１０，１２を駆動させて、前記両主接点６，１１および前記両アーク接点７，９との間の電気開閉を行う。

前記両可動子１０，１２は、可とう導体１３を介して第２端子３に併置されており、機構部５の動力を受けて連動して回動するように設けられている。また、前記両可動子１０，１２は必ずしも1本ずつ設ける必要はなく、気中遮断器の定格電流や遮断容量などに応じて複数の可動子が設けられる。また、通電時には前記両可動子１０，１２に備えられた上記両主接点６，１１に電流が流れるように設けられており、開極時には上記両アーク接点７，９を上記両主接点６，１１よりも遅く開離するように設けられている。

このように、上記両主接点６，１１と上記両アーク接点７，９との開離するタイミングをずらすことで、上記両アーク接点７，９間でアークが発生するようになる。また、上記両可動子１０，１２に上記機構部５の動力を伝えるために、前記両可動子１０，１２と前記機構部５との間には動力伝達部１４が配置されており、前記動力伝達部１４は上記機構部５によって駆動され、前記動力伝達部１４に設けられた接圧ばね１５を介して上記両可動子１０，１２に動力が伝えられ、前記両可動子１０，１２は回動される。
そして、開極時に発生するアークは、上記第１可動子１０内を流れる電流から生じる磁界によって駆動され、前記磁界によってアークは前記第１可動子１０の延伸上のアークの伸長方向へと伸長される。アークの伸長先には、複数枚の消弧板１６が設けられており、前記消弧板１６までアークを伸長させて押し込むことによってアークは冷却し、消弧する。

図２は、実施の形態１の上記両固定子８および上記両可動子１０，１２付近の主要部構造のみを示した概略図である。
同図において、接点開離時に上記第１可動子１０のアーク接点９で生じるアークから上記第２可動子１２を隔離する隔離壁１７が設けられており、前記隔離壁１７には前記アークに対向してアークの伸長移動方向へアークを反射させる向きにアーク反射面を設けられている。

本実施の形態によれば、アーク接点付近でアークによって発生した熱ガスや煤・溶融物等が上記隔離壁１７によって主接点側へ飛散したり、回り込んだりすることを遮ることができるようになる。したがって、主接点表面への溶融物や煤の付着や、熱による損耗を防止することができるようになる。
また、主接点間、または上記固定子と上記両可動子との間において熱ガスによる空間絶縁性能の劣化も抑制できるため、主接点付近での絶縁破壊も防止できるようになる。
なお、遮断時には上記第１可動子１０と固定子８間の空間から主接点付近へ多少の熱ガスや煤等が回り込んでくる場合もあるが、上記隔離壁１７による効果は十分に発揮される。

また、上記隔離壁１７にアーク反射面を設けることで、隔離壁１７からアークとの熱分解反応によって生じる溶発ガスがアークに向かって噴出され、前記溶発ガスのガス流によってアークは上記伸長方向へ駆動される。この際に、上記ガス流によってアークとともにアークの膠着原因となる金属蒸気も吹き飛ばされため、アークの膠着状態から脱却し易くなり、アークスポットが容易に上記第１可動子１０の先端へ移動するようになる。従って、遮断性能が向上するだけでなく、アーク接点の損耗も抑制でき、さらに、アークが主接点側から遠ざかるため主接点の接触信頼性が保たれやすくなる。
特に、上記隔離壁１７は水素を含む合成樹脂材料で成形することで、アークの冷却効果を強く発揮でき、かつ、アークの脱膠着が発生しやすくなる。
また、上記第１可動子の材料に鉄やアルミなどのような銅よりも電気抵抗率が高い抵抗材料で構成してもよい。

この構成によれば、通電時は上記第２可動子１２を介して電流が流れ、遮断時では第１可動子１０のみに電流が流れるため、平常の通電状態に影響を与えることなく、遮断時に上記抵抗材料で電圧降下が発生するため、遮断性能を高めることができるようになる。

また、図３のように、上記第１可動子１０には可動アーク接点９と同時に可動主接点１１ａおよび可動主接点１１ｂを備えてもよい。可動主接点１１ａ，１１ｂを同時に備えることで、平常の通電時の接点接触数を増やすことができるため、接触抵抗が低減し接触信頼性を改善することができる。
また、接点接触数が一定数あれば良い場合では、上記第２可動子１２の本数を減らすことができ、部品点数を抑えることが可能になる。

実施の形態２．
本発明における実施の形態２を図４および図５について説明する。
図４は実施の形態２に係る気中遮断器の開極状態における機構部５及び消弧室４部分の要部構成を概略的に示す側面断面図で、図５は第１可動子１０、第２可動子１２周囲の主要構成のみを示した概略図である。
図において、上記機構部５と上記両可動子１０，１２との間に介在して上記両可動子１０，１２に力を伝達させるための上記動力伝達部１４と、上記主接点１１および上記アーク接点９の接圧を作るための前記動力伝達部１４と連結された接圧ばね１５とが備えられており、前記動力伝達部１４は樹脂成型品からなるものであって、動力伝達部１４は上記隔離壁１７と一体成型されて設けられている。

本実施の形態によれば、部品点数を増やすことなく、実施の形態１の効果を発揮できるようになる。また、実施の形態１では、製造上、可動子１０開極時に隔離壁１７に備えているアーク反射面を常に可動アーク接点９に近接させることは難しいが、実施の形態２では可動子１０と連動して上記アーク反射面を動かすことができ、常に前記可動アーク接点９と前記アーク反射面とを近接させてアークの反射効果を発揮できるようになる。また、遮断時に発生する煤や溶融物から前記接圧ばね１５を保護することができるようになり、多数回の電流遮断を重ねても安定した接点接触性を保つことができるようになる。

実施の形態３．
遮断信頼性をさらに高めるために鑑みられた実施の形態２の別形態としての実施の形態３を図６〜図１２を参照にして説明する。
図６に示す気中遮断器では、上記隔離壁１７にアークを狭い空間で挟み込む細隙壁１８が隔離壁１７と一体成形されて設けられている。細隙壁１８は開極動作に際して発生するアークの伸長移動方向に延在して設けられているものである。
本実施の形態によれば、アーク接点上で発生したアークは細隙壁１８によって圧縮され、細隙壁１８から生じる溶発ガスによりアークが冷却し遮断性能が向上する。
また、上記細隙壁１８は上記第１可動子１０の先端部を除く側面を覆うように配置することで、アーク接点周囲に比べて前記先端部周囲の空間の電気抵抗が低くなり、前記先端部にアークが誘導されやすくなる。従って、アーク接点９の損耗が抑制されるとともにアークが伸長しやすくなり、遮断信頼性がさらに向上する。

実施の形態４．
本発明における実施の形態４を図７から図９までについて説明する。
図７に示す気中遮断器では、実施の形態３の構成に加えて、樹脂成型品からなる上記動力伝達部１４には上記アークの圧力を利用して開極力を生み出す圧力板１９が細隙壁１８とともに一体形成されて設けられている。圧力板１９は開極動作に際して発生するアークのアーク接点７，９間における伸延方向に直交して延在するものである。
本実施の形態によれば、アークの圧力が圧力板１９を介して動力伝達部１４へ伝わり、最終的に可動子１０の開極力へ変換される。従って、可動子１０の高速開極が可能となり、アークを素早く伸長させることができるようになり遮断性能が向上する。

なお、図７では、圧力板１９は細隙壁１８と併設されているが、圧力板１９のみを設けた場合でも同様の効果が得られる。

また、開極方向に対して前記圧力板１９の反射面が必ずしも垂直である必要がなく、図８のように、圧力板１９は可動子１０の開極方向に対して角度が付いていても良い。

また、図９のように、上記細隙壁１８に角度を設け、細隙壁１８の間隔を上記開極方向に向かって漸次縮小した場合でも、上記細隙壁１８と上記圧力板１９の両方の効果を発揮できる。

実施の形態５．
本発明における実施の形態５を図１０について説明する。
図１０に示す気中遮断器では、上記隔離壁１７にアークを狭い空間で挟み込む細隙ブロック２０を設けている。図６のように、細隙壁１８による遮断性能の向上効果は、細隙壁１８が板状である必要がなく、図１０に示すようなブロック状の形状においても同様に発揮される。
本実施の形態によれば、細隙ブロック２０に開極動作に際して発生するアークの伸長移動方向に延在する細隙面２０ａと、アークの伸延方向に直交して延在する圧力面２０ｂと、アークの伸長移動方向に直交して延在する反射面２０ｃとの３つの面が形成される。すなわち、細隙面２０ａでは、アークを挟み込み、アークを圧縮し、かつ、溶発ガスに依ってアークが冷却される。また、圧力面２０ｂでは、アークの圧力を利用して上記圧力板１９と同様の効果が得られ、可動子１０の高速開極が実現できる。また、反射面２０ｃでは、アークの伸長先、あるいは、可動子先端付近において、前記反射面２０ｃから発生する溶発ガスが噴出するため、前記溶発ガスのガス流を利用することでアークの伸長をさらに助長することができる。

実施の形態６．
本発明における実施の形態６を図１１について説明する。
図１１に示す気中遮断器では、実施の形態５に用いられる細隙ブロック２０の圧力面２０ｂが凹状に設けられている。本実施の形態によれば、アークから発生する圧力やガス流が圧力面で散逸することなく、より効率的に可動子１０を開極させる力に変換されるため、より高速の可動子１０の開極を行うことができる。従って、アークの伸長速度がさらに上昇し、遮断性能を向上させることができる。

実施の形態７．
本発明における実施の形態７を図１２について説明する。
図１２に示す気中遮断器では、実施の形態５に用いられる細隙ブロック２０に磁性体の板２１を内蔵している。本実施の形態によれば、上記第１可動子１０の周囲で形成される磁気回路の磁気抵抗が低減され、上記第１可動子１０から発生するアークを駆動させるための磁界強度が高まり、アークを高速駆動および伸長させることが可能になる。
また、磁性板２１を鉄などの高強度の金属材料で構成することにより細隙ブロック２０の機械的強度が強化され、大電流の遮断にも対応できるようになる。従って、大電流の遮断においても安定した遮断信頼性を確保することができるようになる。
なお、本実施の形態は細隙ブロック２０が使用されているが、実施の形態３のような細隙壁１８の内部に磁性体を内蔵しても良い。

実施の形態８．
次に、遮断信頼性をさらに高めるために鑑みられた実施の形態１の別形態としての実施の形態８を図１３を参照にして説明する。図１３は実施の形態８に係る気中遮断器の開極状態において固定子および可動子周囲の主要部構造のみを示した概略図である。
図１３に示す気中遮断器では、上記隔離壁１７にアークを狭い空間で挟み込む細隙板２２が設けられている。本実施の形態によれば、アーク接点上で発生したアークは細隙板２２によって圧縮され、細隙板２２から生じる溶発ガスによりアークが冷却されて遮断性能が向上する。
また、上記細隙板２２は上記第１可動子１０の先端部を除く側面を覆うように配置することで、アーク接点周囲に比べて前記先端部周囲の空間の電気抵抗が低くなり、前記先端部にアークが誘導されやすくなる。従って、アーク接点の損耗が抑制されるとともにアークが伸長しやすくなり、遮断信頼性がさらに向上する。

また、上記細隙板２２の厚さを厚く設けることで、細隙板２２の機械的強度を強くするだけでなく、アークの伸長先でアークの反射面２２ｃを形成できるようになり、前記反射面２２ｃから発生する溶発ガスを利用して、アークの伸長を助長することができる。
また、細隙板２２に磁性体の板を内蔵して設けることで、アークを駆動させるための磁界強度が高まり、アークを高速駆動および伸長させることが可能になる。
そして、磁性体を鉄などの高強度の金属材料で構成することにより細隙板２２の機械的強度が強化され、大電流の遮断にも対応できるようになる。従って、大電流の遮断においても安定した遮断信頼性を確保することができるようになる。

以上のように、この発明においては、第２可動子とアーク接点との間に設けた隔離壁によって、アークから発生する熱ガスや溶融物の主接点側への吹付けが妨げられるため、主接点の損耗や主接点側での絶縁破壊を防止することができる。
また、アークの熱によって隔離壁から溶発ガスが噴出するため、隔離壁にアークを伸長方向に反射させる反射面を設けることで、溶発ガスのガス流によりアーク接点上のアークの膠着状態が解除され、アークを伸長方向に駆動・伸長することができる。これと併せて、溶発ガスのアークへの吹付け時にアークは冷却されるため、アーク接点の損耗が低減するだけでなく、遮断信頼性を大幅に改善することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部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ケース、２第１端子、３第２端子、４消弧室、５機構部、６固定主接点、７固定アーク接点、８固定子、９可動アーク接点、１０第１可動子、１１、１１ａ、１１ｂ可動主接点、１２第２可動子、１３可とう導体、１４動力伝達部、１５接圧ばね、１６消弧板、１７隔離壁、１８細隙壁、１９圧力板、２０細隙ブロック、２０ａ細隙面、２０ｂ圧力面、２０ｃ反射面、２１磁性板、２２細隙板、２２ｃ反射面。

Claims

アーク接点を有する第１可動子と、主接点を有する第２可動子と、前記接点の対となるアーク接点および主接点を有する固定子と、前記両可動子と連結して駆動するための機構部と、接点開離時に前記第１可動子のアーク接点で生じるアークと前記第２可動子とを隔離する隔離壁とを備え、前記隔離壁にはアークの伸長方向へアークを反射させる向きにアーク反射面を設けたことを特徴とする開閉装置。
アーク接点と主接点を有する第１可動子と、主接点を有する第２可動子と、前記接点の対となるアーク接点および主接点を有する固定子と、前記両可動子と連結して駆動するための機構部と、接点開離時に前記第１可動子のアーク接点で生じるアークと前記第２可動子とを隔離する隔離壁を備え、前記隔離壁にはアークの伸長方向へアークを反射させる向きにアーク反射面を設けたことを特徴とする開閉装置。
前記機構部と前記両可動子との間に介在して前記両可動子に力を伝達させるための動力伝達部と、前記主接点および前記アーク接点の接圧を作るための前記動力伝達部と連結された接圧ばねとが備えられており、前記動力伝達部と前記隔離壁とを一体成型したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉装置。
前記隔離壁にアークを狭い空間で挟み込む細隙壁を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の開閉装置。
前記動力伝達部には前記アークの圧力を利用して開極力を生み出す圧力板が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の開閉装置。
前記圧力板の反射面は前記可動子の開極方向に対して角度が付いていることを特徴とする請求項５に記載の開閉装置。
前記細隙壁に角度を設け、細隙壁の間隔を前記開極方向に向かって漸次縮小するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の開閉装置。
前記隔離壁に、アークを狭い空間で挟み込む細隙面と、前記アークの圧力を利用して開極力を生み出す圧力面と、反射面とを備えた細隙ブロックを設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の開閉装置。
前記細隙ブロックは、前記圧力面が凹状に凹んでいることを特徴とする請求項８に記載の開閉装置。
前記細隙壁または前記細隙ブロックは前記第１可動子の先端部を除く側面を覆うように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項９までの何れかに記載の開閉装置。
前記細隙壁または前記細隙ブロックに磁性板が内蔵されたことを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れかに記載の開閉装置。
前記第１可動子の材料を銅よりも電気抵抗率が高い抵抗材料で成形したことを特徴とする請求項１から請求項１１までの何れかに記載の開閉装置。