JP7330385B2

JP7330385B2 - 直流遮断器

Info

Publication number: JP7330385B2
Application number: JP2022541413A
Authority: JP
Inventors: 康宏神納; 雄大相良; 知裕仲田; 康平松村; 央佐々木; 将大遠矢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2023-08-21
Anticipated expiration: 2040-08-05
Also published as: WO2022029931A1; JPWO2022029931A1

Description

本開示は、直流遮断器に関する。

直流回路における地絡事故または短絡事故の際に流れる電流（事故電流）を遮断する直流遮断器がある。直流遮断器の構造を開示した先行文献として、特許文献１がある。特許文献１に開示された直流遮断器では、アークランナと側壁との隙間をほぼなくすことによって、アークによる消弧室圧力を高め、ガス流によりアークを高速に駆動（移動）させている。

実開平６－６０９４３号公報

直流遮断器では、電流検出器が事故電流を検知すると、接点を開極することによって遮断動作を開始する。接点を開極することによって、接点間にはアークが発生する。アークは、強い光を伴って発生する高温の放電である。事故電流はアークを介して流れる。

直流遮断器では、このアークを十分に伸長させて、アークの電圧を回路の電源電圧よりも高めることで、回路に流れる電流が限流される。これにより、電流ゼロ点が作られて、事故電流が遮断される。

アークを伸長させる手法としては、接点の近傍にアークを駆動させるためのアークランナを配置する手法がある。この手法では、接点間に発生したアークが、アークランナに転流される。転流されたアークは、アークランナに沿って駆動しながら伸長されることになる。

この種の直流遮断器では、遮断能力として、数ｋＡ以上の大電流領域における電流の遮断と、数Ａ～数十Ａ程度の小電流領域における電流の遮断との双方の遮断能力が求められる。ここで、概ね５０Ａ程度以下の小電流領域の電流の場合、アーク電流自身によって形成される自己磁場は小さく、自己磁場による駆動力は弱い。このため、小電流領域の電流では、アークを駆動させる駆動力が弱く、アークが接点において膠着してしまい、アークが十分に伸長せず、遮断が良好に行われないことが想定される。

このように、直流遮断器では、小電流領域の電流の遮断性能を確保するために、接点において発生したアークを、アークランナに転流しやすくすることが求められている。

本開示は、そのような開発のもとになされたものであり、その目的は、小電流領域の電流について、接点において発生したアークを、アークランナに転流しやすくすることができる直流遮断器を提供することである。

本開示に係る直流遮断器は、固定接触体と可動接触体と消弧室と一対のアークランナと一対の絶縁側壁板とを備えている。固定接触体は、固定接点を有する。可動接触体は、固定接点と接触する可動接点を有して定接触体と第１方向に対向し、可動接点を固定接点から第１方向に離す開極動作が行われる。消弧室は、固定接触体および可動接触体とは、第１方向と交差する第２方向に距離を隔てて配置され、開極動作により、固定接点と可動接点との間において発生したアークを消滅させる。一対のアークランナは、固定接触体および可動接触体のそれぞれの側から消弧室に向かって形成されている。一対の絶縁側壁板は、固定接触体、可動接触体および一対のアークランナを挟み込むように、固定接触体、可動接触体および一対のアークランナとは、第１方向および第２方向と交差する第３方向にそれぞれ距離を隔てて配置されている。一対のアークランナのうちの一方の前記アークランナは、一方側第１部と一方側第２部とを含む。一方側第１部は、固定接触体および可動接触体のうち、前記一方の前記アークランナに対応する側に位置する部分を含む。一方側第２部は、一方側第１部に繋がり、消弧室の側に位置する。一方側第１部と絶縁側壁板との第３方向の隙間は、一方側第２部と絶縁側壁板との第３方向の隙間よりも広い。絶縁側壁板には、開極動作によって、アークとともに発生したガスを外部へ排出する第１排気口を含む一つ以上の排気口が形成されている。排気口は、発生したガスの排気口へ向かう流れによって、アークを、一方側第１部と絶縁側壁板との隙間へ駆動させ、さらに、一方側第２部へ向けて駆動させる位置に形成されている。

本開示係る直流遮断器によれば、一対のアークランナの第１部と絶縁側壁板との第３方向の隙間は、一対のアークランナの第２部と絶縁側壁板との第３方向の隙間よりも広い。絶縁側壁板には、開極動作によって、アークとともに発生したガスを外部へ排出する第１排気口を含む一つ以上の排気口が形成されている。排気口は、発生したガスの排気口へ向かう流れによって、アークを、第１部と絶縁側壁板との隙間へ駆動させ、さらに、第２部へ向けて駆動させる位置に形成されている。これにより、発生したアークを一対のアークランナの第２部に容易に転流させることができる。その結果、小電流領域の電流のアークを膠着させることなく遮断することができ、遮断性能を向上することができる。

実施の形態１に係る直流遮断器の全体像を示す、一部想像線を含む斜視図である。同実施の形態において、図１に示される断面線ＩＩ－ＩＩにおける断面斜視図である。同実施の形態において、図１に示される断面線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。同実施の形態において、図１に示す直流遮断器における第１アークランナおよび第２アークランナの構造を示す斜視図である。同実施の形態において、排気口の配置を示す部分側面図である。同実施の形態において、第１アークランナおよび第２アークランナと一対の絶縁側壁板との配置関係を示す上面図である。同実施の形態において、直流遮断器の動作の一例を説明するための第１の状態を示す斜視図である。同実施の形態において、図７に示す第１の状態の後の第２の状態を示す斜視図である。同実施の形態において、図８に示す第２の状態の後の第３の状態を示す斜視図である。同実施の形態において、図９に示す第３の状態の後の第４の状態を示す斜視図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するためのガスの流れとアークの駆動を示す上面図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するためのガスの流れを示す斜視図である。実施の形態２に係る直流遮断器の構造を示す断面図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するためのガスの流れを示す上面図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するためのガスの流れを示す斜視図である。実施の形態３に係る直流遮断器における第１アークランナおよび第２アークランナの構造を示す斜視図である。同実施の形態において、可動接触体の構造を示す部分拡大斜視図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するための第１の部分側面図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するための第２の部分側面図である。実施の形態４に係る直流遮断器における磁石板を含む構造を示す上面図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するための斜視図である。同実施の形態において、アークの挙動を説明するための上面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る直流遮断器について説明する。この明細書では、配置関係を、第１方向としてのＸ軸（方向）、第３方向としてのＹ軸（方向）および第２方向としてのＺ軸（方向）を用いて適宜説明する。

図１、図２および図３に示すように、直流遮断器１は、固定接触体７と、可動接触体１１と、消弧室１９と、一対のアークランナとしての第１アークランナ３および第２アークランナ５と、一対の絶縁側壁板２７とを備えている。

固定接触体７は、可動接触体１１に接触する固定接点７ａを有する。固定接触体７は、上部導体９に接続されている。可動接触体１１は、固定接触体７に接触する可動接点１１ａを有する。可動接触体１１は、固定接触体７とＸ軸方向に対向するように配置される。可動接触体１１は、可動導体１３に接続されている。可動導体１３は、可撓シャント１５を介して下部導体１７に接続されている。

可動接触体１１は、可動接点１１ａが固定接点７ａに接触している閉極状態から、可動接点１１ａを固定接点７ａからＸ軸方向に離す開極動作が行われる。また、開極状態から、可動接点１１ａを固定接点７ａへ接触させる閉極動作が行われる。開極動作および閉極動作には、可動接触体１１をＸ軸方向に沿って移動させるアクチュエータ（図示せず）が使用される。

消弧室１９は、固定接触体７および可動接触体１１とは、第２方向としてのＺ軸方向に距離を隔てて配置されている。消弧室１９は、可動接点１１ａを固定接点７ａから離す開極動作によって発生するアークを消滅させる。消弧室１９では、デアイオングリッド２３とグリッドサポート板２５とが交互に積層されている。デアイオングリッド２３およびグリッドサポート板２５は、消弧室底板２１の上に積層されている。

第１アークランナ３は、固定接触体７の側から消弧室１９の側に向かって形成されている。第１アークランナ３は、磁性材から形成されている。第２アークランナ５は、可動接触体１１の側から消弧室１９の側に向かって形成されている。第２アークランナ５は、磁性材から形成されている。

図４に示すように、第１アークランナ３は、第１部としての第１傾斜部３ａと、第１曲げ部３ｂと、第２部および延在部としての第１水平部３ｃとを有する。第１傾斜部３ａは、Ｘ軸方向成分（負成分）とＺ軸方向成分（正成分）とを有する態様で、固定接触体７の側から消弧室１９の側に向かって形成されている。第１水平部３ｃは、Ｘ軸方向に沿って延在する。第１水平部３ｃは、第１曲げ部３ｂを介して第１傾斜部３ａに繋がる部分から、第２アークランナ５が位置する側とは反対の側（Ｘ軸負方向）に延在している。

第２アークランナ５は、第１部としての第２傾斜部５ａと、第２曲げ部５ｂと、第２部および延在部としての第２水平部５ｃとを有する。第２傾斜部５ａは、Ｘ軸方向成分（正成分）とＺ軸方向成分（正成分）とを有する態様で、可動接触体１１の側から消弧室１９の側に向かって形成されている。第２水平部５ｃは、Ｘ軸方向に沿って延在する。第２水平部５ｃは、第２曲げ部５ｂを介して第２傾斜部５ａに繋がる部分から、第１アークランナ３が位置する側等は反対の側（Ｘ軸正方向）に延在している。

一対の絶縁側壁板２７は、固定接触体７、第１アークランナ３、可動接触体１１および第２アークランナ５を挟み込むように、固定接触体７、第１アークランナ３、可動接触体１１および第２アークランナ５とは、第３方向としてのＹ軸方向にそれぞれ距離を隔てて配置されている。絶縁側壁板２７は、たとえば、樹脂または無機材料等の絶縁性材料から形成されている。なお、図２および図３では、一対の絶縁側壁板２７のうちのＹ軸正方向側に位置する絶縁側壁板２７が示されている。

図５に示すように、一対の絶縁側壁板２７には、排気口２９として、第１排気口３１、第２排気口３３、第３排気口３５および第４排気口３７が形成されている。第１排気口３１、第２排気口３３、第３排気口３５および第４排気口３７のそれぞれから、アークの発生とともに発生したガス（熱ガス）が、直流遮断器１の外部へ排出される。また、発生したガスは、消弧室１９におけるＸ軸方向の２つの端部（正方向端部および負方向端部）からも、外部へ排出されることになる（図１参照）。

排気口２９は、発生したガスの排気口へ向かう流れによって、アークを、第１アークランナ３（第１傾斜部３ａ）と絶縁側壁板２７との隙間と、第２アークランナ５（第２傾斜部５ａ）と絶縁側壁板２７との隙間とにそれぞれ駆動させ、さらに、アークを、第１アークランナ３の第１水平部３ｃと、第２アークランナ５の第２水平部５ｃとに向けてそれぞれ駆動させる位置に配置されている。排気口２９は、アークが発生する固定接触体７および可動接触体１１が配置されている位置から、Ｘ軸方向とＺ軸方向との双方に距離を隔てられた位置に形成されている。

第１排気口３１および第２排気口３３のそれぞれは、絶縁側壁板２７の上に配置された消弧室１９の消弧室底板２１および最下層のグリッドサポート板２５と、絶縁側壁板２７に形成された切り欠きとによって形成されている。第３排気口３５および第４排気口３７のそれぞれは、絶縁側壁板２７を貫通する貫通孔として形成されている。

図３、図４および図５に示すように、絶縁側壁板２７、第１アークランナ３、第２アークランナ５、消弧室１９の、Ｙ軸方向からの平面視（Ｘ－Ｚ平面）において、第１排気口３１は、第１水平部３ｃと消弧室１９との間に位置する。第２排気口３３は、第２水平部５ｃと消弧室１９との間に位置する。

第３排気口３５は、第１水平部３ｃに対して、第１排気口３１が位置する側とは反対の側に位置する。第４排気口３７は、第２水平部５ｃに対して、第２排気口３３が位置する側とは反対の側に位置する。

絶縁側壁板２７と、固定接触体７の側に位置する第１アークランナ３（第１傾斜部３ａ）の部分との間では、十分な隙間（空間）が確保される。絶縁側壁板２７と、可動接触体１１の側に位置する第２アークランナ５（第２傾斜部５ａ）の部分との間では、十分な隙間（空間）が確保される。

図４および図６に示すように、第１アークランナ３の第１傾斜部３ａは、Ｙ軸方向に第１幅としての幅を有する。第１傾斜部３ａにおける固定接触体７側の部分の幅Ｗ１は、第１水平部３ｃの幅Ｗ２よりも狭い。第１傾斜部３ａの幅は、第１水平部３ｃ（第１曲げ部３ｂ）に接続されている部分から固定接触体７の側に位置する部分に向かって徐々に狭まっている。このため、第１傾斜部３ａの固定接触体７の側に位置する部分と絶縁側壁板２７との間隔Ｓ１（隙間）は、第１水平部３ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２（隙間）よりも広い。

また、第２アークランナ５の第２傾斜部５ａは、Ｙ軸方向に第１幅としての幅を有する。第２傾斜部５ａにおける可動接触体１１側の部分の幅Ｗ１は、第２水平部５ｃの幅Ｗ２よりも狭い。第２傾斜部５ａの幅は、第２水平部５ｃ（第２曲げ部５ｂ）に接続されている部分から可動接触体１１の側に位置する部分に向かって徐々に狭まっている。このため、第２傾斜部５ａの可動接触体１１の側に位置する部分と絶縁側壁板２７との間隔Ｓ１（隙間）は、第２水平部５ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２（隙間）よりも広い。

第１傾斜部３ａにおける固定接触体７側の部分と絶縁側壁板２７との間では、第１水平部３ｃと絶縁側壁板２との間に比べて、十分な隙間（空間）が確保される。また、第２傾斜部５ａにおける可動接触体１１側の部分と絶縁側壁板２７との間では、第２水平部５ｃと絶縁側壁板２との間に比べて、十分な隙間（空間）が確保される。

これにより、アークの発生とともに発生したガスが、第１排気口３１～第４排気口３７へ流れ込むことによって、アークを、第１アークランナ３および第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との間の隙間（空間）へ駆動させ、さらに、アークを、第１水平部３ｃおよび第２水平部５ｃへ転流させることができる。これについては、後述する。

次に、上述した直流遮断器１の動作について説明する。直流遮断器１において、通電状態では、固定接触体７（固定接点７ａ）と可動接触体１１（可動接点１１ａ）とが接触した閉極状態にある。通電状態では、回路の電流は、上部導体９から、固定接触体７、可動接触体１１、可動導体１３、可撓シャント１５を経て、下部導体１７を流れる。

一方、直流遮断器１において、固定接触体７（固定接点７ａ）と可動接触体１１（可動接点１１ａ）とが離間された状態が、開極状態である。電流検知器が事故電流を検知すると、可動接触体１１（可動接点１１ａ）を固定接触体７（固定接点７ａ）から離す開極動作が行われる。この場合、可動接触体１１（可動接点１１ａ）は、第１方向としてのＸ軸方向に沿って離される。

開極動作により、可動接触体１１（可動接点１１ａ）と固定接触体７（固定接点７ａ）との間で、アークが発生する。発生したアークは、アーク自身が形成する自己磁場による電磁力と、アークの熱に伴って生じるガス流とによって、絶縁側壁板２７と第１アークランナ３（第１傾斜部３ａ）および第２アークランナ５（第２傾斜部５ａ）との隙間へ駆動され、さらに、上方に駆動される。上方に駆動したアークは、第１アークランナ３および第２アークランナ５に転流する。

第１アークランナ３および第２アークランナ５に転流したアークは、第１水平部３ｃと第２水平部５ｃとの間を跨ぐようにして、第１水平部３ｃを駆動するとともに、第２水平部５ｃを駆動し、同時に、浮力によって上方に伸長する。アークの長さが伸びることで、アーク電圧が上昇する。アーク電圧が上昇することで、電流が限流されて、電流が遮断されることになる。

アークの挙動について、より具体的に説明する。まず、図７に示すように、開極動作が行われると、可動接触体１１（可動接点１１ａ）と固定接触体７（固定接点７ａ）との間で、アーク５１が発生する。アーク５１が発生する位置は、可動接点１１ａと固定接点７ａとの接触位置に依存する。この接触位置が、固定接触体７および可動接触体１１における中央に位置することはほとんどなく、中央からずれた位置にある。ここでは、接触位置が、固定接触体７および可動接触体１１におけるＹ軸負方向側（紙面手前側）にある場合を想定して説明する。

発生したアーク５１の熱によってガスが発生する。ガスは、排気口２９（第１排気口３１～第４排気口３７）に向かって流れる。固定接触体７（第１アークランナ３）側では、第１排気口３１および第３排気口３５へ向かうガスの流れ（矢印Ｆ１）によって、アーク５１は、絶縁側壁板２７と第１アークランナ３（第１傾斜部３ａ）との隙間（空間）へ駆動される（図６参照）。

可動接触体１１（第２アークランナ５）側では、第２排気口３３および第４排気口３７へ向かうガスの流れ（矢印Ｆ２）によって、アーク５１は、絶縁側壁板２７と第２アークランナ５（第２傾斜部５ａ）との隙間（空間）へ駆動される（図６参照）。なお、図７では、排気口２９として、図６に示す一対の絶縁側壁板２７のうち、Ｙ軸負方向側に位置する絶縁側壁板２７の排気口２９を二点鎖線で示す。

次に、図８に示すように、第１アークランナ３側では、第１排気口３１および第３排気口３５へ向かうガスの流れ（矢印Ｆ１）によって、アーク５１は、第１排気口３１および第３排気口３５へ向かって伸長しながら駆動される。第２アークランナ５側では、第２排気口３３および第４排気口３７へ向かうガスの流れ（矢印Ｆ２）によって、アーク５１は、第２排気口３３および第４排気口３７へ向かって伸長しながら駆動される。さらに、アーク５１は、浮力によって上方にも伸長しながら駆動される。

第１水平部３ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２（隙間）は、第１傾斜部３ａの固定接触体７の側に位置する部分と絶縁側壁板２７との間隔Ｓ１（隙間）よりも狭い。第２水平部５ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２（隙間）は、第２傾斜部５ａの可動接触体１１の側に位置する部分と絶縁側壁板２７との間隔Ｓ１（隙間）よりも狭い。

このため、アーク５１が上方に伸長しながら駆動することで、第１アークランナ３側では、アーク５１は、第１水平部３ｃにおけるエッジ３ｃｃに衝突する。第２アークランナ５側では、第２水平部５ｃにおけるエッジ５ｃｃに衝突する。

次に、図９に示すように、アーク５１は、衝突した第１水平部３ｃにおけるエッジ３ｃｃと、第２水平部５ｃにおけるエッジ５ｃｃとに転流する。次に、図１０に示すように、第１水平部３ｃ（第１アークランナ３）および第２水平部５ｃ（第２アークランナ５）に転流したアーク５１は、第１水平部３ｃと第２水平部５ｃとの間を伸長しながら、第１水平部３ｃを駆動するとともに、第２水平部５ｃを駆動する。アーク５１は、第１水平部３ｃおよび第２水平部５ｃを駆動するとともに、さらに、浮力によって上方に伸長する。

ここで、アークの伸長とアーク電圧との関係について、簡単に説明する。アーク電圧は、アークの長さとアークの電界との積として表される。アークの電界は、概ね一定とされる。この関係から、アーク５１が伸長すると、アーク電圧が高くなる。このアーク電圧が、回路の電源電圧を超えるまでに上昇すると、回路の電流は限流されて徐々に減少する。最終的に、回路の電流がゼロとなって遮断が完了することになる。

上述した直流遮断器１では、図２および図３等に示すように、一対の絶縁側壁板２７に、アークとともに発生したガスを外部へ排出する排気口２９が形成されている。排気口２９として、第１アークランナ３側には、第１排気口３１と第３排気口３５とが形成されている。排気口２９として、第２アークランナ５側には、第２排気口３３と第４排気口３７とが形成されている。

また、図６に示すように、第１アークランナ３では、消弧室１９の側に位置する第１水平部３ｃの幅Ｗ２が、アークが発生する固定接触体７の側に位置する第１傾斜部３ａの端部の幅Ｗ１よりも大きい。第１傾斜部３ａの端部と絶縁側壁板２７との間隔Ｓ１は、第１水平部３ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２よりも広い。

第２アークランナ５では、消弧室１９の側に位置する第２水平部５ｃの幅Ｗ２が、アークが発生する可動接触体１１の側に位置する第２傾斜部５ａの端部の幅Ｗ１よりも大きい。第２傾斜部５ａの端部と絶縁側壁板２７との間隔Ｓ１は、第２水平部５ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２よりも広い。

これにより、図１１および図１２に示すように、固定接触体７と可動接触体１１との開極動作によって、アーク５１とともに発生したガス（ガス流ＧＦ）が排気口２９へ向かって流れることで、第１アークランナ３（固定接触体７）側では、アーク５１は、第１アークランナ３（第１傾斜部３ａ）の部分と絶縁側壁板２７との隙間（空間）へ駆動され、さらに、排気口２９（第１排気口３１および第３排気口３５）へ向かって伸長しながら駆動される。なお、図１２では、ガスの大局的な流れとして、作図の都合上、第１アークランナ３および第２アークランナ５の背後（Ｙ軸正方向側）に位置する排気口２９へ向かうガス流ＧＦを示す。

第２アークランナ５（可動接触体１１）側では、アーク５１は、第２アークランナ５（第２傾斜部５ａ）の部分と絶縁側壁板２７との隙間（空間）へ駆動され、さらに、排気口２９（第２排気口３３および第４排気口３７）へ向かって伸長しながら駆動される。さらに、アーク５１は、浮力によって上方（消弧室１９側）にも伸長しながら駆動される。

第１アークランナ３および第２アークランナ５における消弧室１９の側には、幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２を有する第１水平部３ｃと第２水平部５ｃとが配置されている。第１水平部３ｃおよび第２水平部５ｃと絶縁側壁板２７との間隔Ｓ２は、間隔Ｓ１よりも狭い。これにより、上方に駆動されたアーク５１は、第１アークランナ３側では、第１水平部３ｃに衝突し、第２アークランナ５側では、第２水平部５ｃに衝突することになる。

こうして、上述した直流遮断器１では、自己磁界が弱い小電流領域のアーク５１を、第１アークランナ３および第２アークランナ５に容易に転流させることができる。その結果、アーク５１が、固定接点７ａおよび可動接点１１ａにおいて膠着するのを防止することができ、小電流領域の電流の遮断性能を改善することができる。

なお、上述した直流遮断器１では、第１アークランナ３における第１傾斜部３ａの構造と、第２アークランナ５における第２傾斜部５ａの構造として、次のような構造を例に挙げて説明した。

まず、第１アークランナ３における第１傾斜部３ａでは、第１水平部３ｃの幅Ｗ２が、第１傾斜部３ａの端部の幅Ｗ１よりも大きく、第１傾斜部３ａと第１水平部３ｃとが繋がっている部分から第１傾斜部３ａの端部に向かって、第１傾斜部３ａの幅が狭くなるように形成されている。

次に、第２アークランナ５における第２傾斜部５ａでは、第２水平部５ｃの幅Ｗ２が、第２傾斜部５ａの端部の幅Ｗ１よりも大きく、第２傾斜部５ａと第２水平部５ｃとが繋がっている部分から第２傾斜部５ａの端部に向かって、第２傾斜部５ａの幅が狭くなるように形成されている。

直流遮断器１としては、このような構造に限られず、第１アークランナ３の第１傾斜部３ａおよび第２アークランナ５の第２傾斜部５ａの少なくともいずれか一方が、このような構造を有していれば、所望の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る直流遮断器の一例について説明する。図１３および図１４に示すように、直流遮断器１では、アークとともに発生したガスを排気口２９へ導く第１ガイド板３９と第２ガイド板４１とを備えている。

第１ガイド板３９は、第１アークランナ３が位置する側に配置されている。第１ガイド板３９は、固定接触体７の側からＸ軸方向成分（負成分）とＺ軸方向成分（正成分）と有する態様で傾斜している。第１ガイド板３９は、一対の絶縁側壁板２７における一方の絶縁側壁板２７から他方の絶縁側壁板２７にわたり形成されている。

第２ガイド板４１は、第２アークランナ５が位置する側に配置されている。第２ガイド板４１は、可動接触体１１の側からＸ軸方向成分（正成分）とＺ軸方向成分（正成分）と有する態様で傾斜している。第２ガイド板４１は、一対の絶縁側壁板２７における一方の絶縁側壁板２７から他方の絶縁側壁板２７にわたり形成されている。

第１ガイド板３９と第２ガイド板４１とは、第１ガイド板３９と第２ガイド板４１との間に位置する一対の絶縁側壁板２７の部分に、排気口２９が位置するように配置されている。なお、これ以外に構成については、図２および図３に示す直流遮断器１の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。

次に、上述した直流遮断器１の開極動作に伴って発生するアークの挙動について説明する。開極動作により、可動接触体１１（可動接点１１ａ）と固定接触体７（固定接点７ａ）との間で、アークが発生する。発生したアーク５１の熱によってガスが発生する。発生したガスは、排気口２９に向かって流れる。アーク５１は、主としてそのガスの流れによって、第１アークランナ３および第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との隙間（空間）に駆動され、さらに、排気口２９へ向かって伸長しながら駆動される、さらに、アーク５１は、浮力によって上方に伸長しながら駆動される。

上方に駆動したアーク５１は、第１アークランナ３の第１水平部３ｃおよび第２アークランナ５の第２水平部５ｃに転流する。第１アークランナ３および第２アークランナ５に転流したアークは、第１水平部３ｃおよび第２水平部５ｃを駆動するとともに、浮力によって上方にさらに伸長することで、アーク電圧が上昇する。アーク電圧が上昇することで、電流が限流されて、最終的に電流が遮断されることになる。

上述した直流遮断器１では、ガスの流れをガイドする第１ガイド板３９と第２ガイド板４１とが配置されている。図１４および図１５に示すように、第１ガイド板３９および第２ガイド板４１によって、アーク５１とともに発生したガスを、効率的に排気口２９へ導くことができ、排気口２９へ向かうガスの流れ（ガス流ＧＦ）が増加する。なお、図１５では、ガスの大局的な流れとして、作図の都合上、第１アークランナ３および第２アークランナ５の背後（Ｙ軸正方向側）に位置する排気口２９へ向かうガス流ＧＦを示す。

排気口２９へ向かうガス流ＧＦが増加することで、第１アークランナ３側では、アーク５１は、第１アークランナ３と絶縁側壁板２７との隙間（空間）に効率的に駆動され、さらに、排気口２９へ向かって伸長しながら効率的に駆動される。第２アークランナ５側では、アーク５１は、第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との隙間（空間）に効率的に駆動され、さらに、排気口２９へ向かって伸長しながら効率的に駆動される。

これにより、第１アークランナ３側では、アーク５１を第１水平部３ｃに確実に転流させ、第２アークランナ５側では、アーク５１を第２水平部５ｃに確実に転流させることができる。その結果、電流を確実に遮断させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る直流遮断器として、大電流領域の電流の遮断性能を改善することができる直流遮断器の一例について説明する。

図１６に示すように、直流遮断器１における可動接触体１１では、Ｙ軸方向に第２幅としての幅を有する。その幅は、消弧室１９が位置する側に向かって狭くなる態様で形成されている。図１７に示すように、可動接触体１１の先端部の幅Ｌ２は、可動接触体１１におけるＺ軸方向の中央付近の幅Ｌ１よりも短い。また、幅Ｌ２は、第２アークランナ５の第２傾斜部５ａにおける可動接触体１１側の部分の幅Ｗ１よりも短い。

なお、これ以外の構成については、図２～図６に示す直流遮断器１の構成と同様の構成を備えている。同一部材については同一符号を付し、必要である場合を除き、その説明を繰り返さないこととする。

上述した直流遮断器１では、小電流領域の電流の遮断性能とともに、数ｋＡ以上の大電流領域の電流の遮断性能を改善することができる。これについて説明する。

まず、開極動作によって発生したアークは、可動接触体１１のエッジを駆動（移動）し、鋭角となっている部分で膠着する傾向がある。このため、図１８に示すように、ほぼ一定の幅Ｌ１を有する可動接触体１１では、発生したアーク５１は、可動接触体１１の角部１１ｃまで移動すると、その角部１１ｃにおいて膠着する傾向がある。このとき、アーク５１とともに発生したガスが排気口２９（図１２参照）へ向かう流れによって、アーク５１は、第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との間に駆動される。

ここで、大電流領域の電流のアークの挙動は、アーク自身が形成する自己磁場による電磁力が支配的になる。このため、ガスの流れがなければ、容易に第２アークランナ５等へ転流することができるものの、ガスの流れによって、アーク５１が第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との間に駆動されるために、アーク５１が、第２アークランナ５に転流するのが遅れることが想定される。

一方、図１９に示すように、上述した直流遮断器１では、発生したアーク５１は、可動接触体１１における幅Ｌ１を有する部分から、幅の狭い幅Ｌ２を有する部分へ駆動（移動）する。また、アーク５１とともに発生したガスが排気口２９（図１２参照）へ向かう流れによって、アーク５１は、第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との間に駆動される。

このとき、アーク５１は、可動接触体１１における幅の狭い幅Ｌ２を有する部分へ移動していることで、図１８に示す可動接触体１１の場合と比べて、アーク５１は、より第２アークランナ５に接近することなる。アーク５１が第２アークランナ５に接近することで、アーク５１が第２アークランナ５に衝突しやすくなる。これにより、アーク５１を第２アークランナ５に容易に転流することができ、アーク電圧を上昇させて電流を遮断することができる。その結果、小電流領域の電流の遮断性能とともに、大電流領域の電流の遮断性能を改善することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る直流遮断器として、電磁力を利用してアークを上方へ駆動させる直流遮断器の一例について説明する。

図２０に示すように、直流遮断器１では、第１アークランナ３および第２アークランナ５等を挟み込むように、一対の絶縁側壁板２７が配置されている。その一対の絶縁側壁板２７を挟み込むように、磁極板４３と磁極板４５とが配置されている。一対の絶縁側壁板２７のうちの一方の絶縁側壁板２７の外側に、磁極板４３が配置されている。他方の絶縁側壁板２７の外側に、磁極板４５が配置されている。

磁極板４３は、たとえば、永久磁石４７を備えている。磁極板４５は、たとえば、永久磁石４９を備えている。ここでは、永久磁石４７のＮ極が磁極板４３に対向し、永久磁石４９のＳ極が磁極板４５に対向するように配置されている。これにより、磁極板４３と磁極板４５との間では、磁極板４３から磁極板４５へ向かって、一様な磁場ＭＦが形成される。

上述した直流遮断器１では、図２０に示すように、アーク５１が発生する領域に、一様な磁場ＭＦが形成されている。アーク５１を流れる電流の向きと磁場ＭＦの向きとの関係により、アーク５１には、次のような電磁力が作用することになる。

図２１および図２２に示すように、第１アークランナ３が位置する側のアーク５１の部分には、電磁力Ｆ３１（Ｘ軸負方向）が作用する。第２アークランナ５が位置する側のアーク５１の部分には、電磁力Ｆ３２（Ｘ軸正方向）が作用する。第１アークランナ３と第２アークランナ５との間に位置するアーク５１の部分には、電磁力Ｆ３３（Ｚ軸正方向））が作用する。

このため、第１アークランナ３側では、アーク５１は、ガスの流れ（矢印Ｆ１）と電磁力Ｆ３１との双方によって、排気口２９（第１排気口３１および第３排気口３５）に向かって伸長しながら駆動される。第２アークランナ５側では、アーク５１は、ガスの流れ（矢印Ｆ２）と電磁力Ｆ３２との双方によって、排気口２９（第２排気口３３および第４排気口３７）に向かって伸長しながら駆動される。第１アークランナ３と第２アークランナ５との間に位置するアーク５１の部分では、アーク５１は、浮力と電磁力Ｆ３３との双方によって、上方に向かって伸長しながら駆動される。なお、図２１では、排気口２９として、図２０に示す一対の絶縁側壁板２７のうち、Ｙ軸負方向側に位置する絶縁側壁板２７の排気口２９を二点鎖線で示す。

これにより、第１アークランナ３側では、アーク５１を、第１アークランナ３と絶縁側壁板２７との隙間（空間）に駆動し、さらに、排気口２９へ向かって伸長しながら駆動する駆動力が増強される。第２アークランナ５側では、アーク５１を、第２アークランナ５と絶縁側壁板２７との隙間（空間）に駆動し、さらに、排気口２９へ向かって伸長しながら駆動する駆動力が増強される。さらに、アーク５１を、上方に向かって伸長しながら駆動する駆動力が増強される。

駆動力が増強されることで、第１アークランナ３側では、アーク５１を第１水平部３ｃに確実に転流させ、第２アークランナ５側では、アーク５１を第２水平部５ｃに確実に転流させることができる。その結果、電流を確実に遮断させることができる。

なお、各実施の形態において説明した直流遮断器１では、排気口２９として、第１排気口３１、第２排気口３３、第３排気口３５および第４排気口３７を挙げたが、少なくとも、第１排気口３１および第２排気口３３が形成されていることで、所望の効果を得ることができる。

各実施の形態において説明した直流遮断器については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。

今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本開示は、アークランナおよび消弧室を備えた直流遮断器に有効に利用される。

１直流遮断器、３第１アークランナ、３ａ第１傾斜部、３ｂ第１曲げ部、３ｃ第１水平部、３ｃｃエッジ、５第２アークランナ、５ａ第２傾斜部、５ｂ第２曲げ部、５ｃ第２水平部、５ｃｃエッジ、７固定接触体、７ａ固定接点、９上部導体、１１可動接触体、１１ａ可動接点、１１ｂ先端部、１１ｂｂエッジ、１１ｃ角部、１３可動導体、１５可撓シャント、１７下部導体、１９消弧室、２１消弧室底板、２３デアイオングリッド、２５グリッドサポート板、２７絶縁側壁板、２９排気口、３１第１排気口、３３第２排気口、３５第３排気口、３７第４排気口、３９第１ガイド板、４１第２ガイド板、４３、４５磁石板、４７、４９永久磁石、５１アーク、Ｆ１、Ｆ２矢印、Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ３３電磁力、Ｗ１、Ｗ２幅、Ｓ１、Ｓ２隙間、ＧＦガス流、Ｌ１、Ｌ２幅、ＭＦ磁場。

Claims

固定接点を有する固定接触体と、
前記固定接点と接触する可動接点を有して前記固定接触体と第１方向に対向し、前記可動接点を前記固定接点から前記第１方向に離す開極動作が行われる可動接触体と、
前記固定接触体および前記可動接触体とは、前記第１方向と交差する第２方向に距離を隔てて配置され、前記開極動作により、前記固定接点と前記可動接点との間において発生したアークを消滅させる消弧室と、
前記固定接触体および前記可動接触体のそれぞれの側から前記消弧室に向かって形成された一対のアークランナと、
前記固定接触体、前記可動接触体および一対の前記アークランナを挟み込むように、前記固定接触体、前記可動接触体および一対の前記アークランナとは、前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向にそれぞれ距離を隔てて配置された一対の絶縁側壁板と
を備え、
一対の前記アークランナのうちの一方の前記アークランナは、
前記固定接触体および前記可動接触体のうち、前記一方の前記アークランナに対応する側に位置する部分を含む一方側第１部と、
前記一方側第１部に繋がり、前記消弧室の側に位置する一方側第２部と
を含み、
前記一方側第１部と前記絶縁側壁板との前記第３方向の隙間は、前記一方側第２部と前記絶縁側壁板との前記第３方向の隙間よりも広く、
前記絶縁側壁板には、前記開極動作によって、前記アークとともに発生したガスを外部へ排出する第１排気口を含む一つ以上の排気口が形成され、
前記排気口は、発生した前記ガスの前記排気口へ向かう流れによって、前記アークを、前記一方側第１部と前記絶縁側壁板との前記隙間へ駆動させ、さらに、前記一方側第２部へ向けて駆動させる位置に形成された、直流遮断器。
一対の前記アークランナのうちの他方の前記アークランナは、
前記固定接触体および前記可動接触体のうち、前記他方の前記アークランナに対応する側に位置する部分を含む他方側第１部と、
前記他方側第１部に繋がり、前記消弧室の側に位置する他方側第２部と
を含み、
前記他方側第１部と前記絶縁側壁板との前記第３方向の隙間は、前記他方側第２部と前記絶縁側壁板との前記第３方向の隙間よりも広く、
前記絶縁側壁板には、前記開極動作によって、前記アークとともに発生したガスを外部へ排出する第２排気口を含む一つ以上の前記排気口が形成され、
前記排気口は、発生した前記ガスの前記排気口へ向かう流れによって、前記アークを、前記他方側第１部と前記絶縁側壁板との前記隙間へ駆動させ、さらに、前記他方側第２部へ向けて駆動させる位置に形成された、請求項１記載の直流遮断器。
前記排気口は、前記絶縁側壁板、一対の前記アークランナ、前記消弧室、前記固定接触体および前記可動接触体の、前記第３方向からの平面視において、前記アークが発生する前記固定接触体および前記可動接触体が配置されている位置から、前記第１方向と前記第２方向との双方に距離を隔てられた位置に形成された、請求項１または２に記載の直流遮断器。
一対の前記アークランナのうちの前記一方の前記アークランナは、前記一方側第２部として、前記第１方向に沿って延在する一方側延在部を含み、
前記絶縁側壁板、一対の前記アークランナのうちの前記一方の前記アークランナおよび前記消弧室の、前記第３方向からの平面視において、前記第１排気口は、前記一方側延在部と前記消弧室との間に位置する、請求項１または２に記載の直流遮断器。
一対の前記アークランナのうちの前記他方の前記アークランナは、前記他方側第２部として、前記第１方向に沿って延在する他方側延在部を含み、
前記絶縁側壁板、一対の前記アークランナのうちの前記他方の前記アークランナおよび前記消弧室の、前記第３方向からの平面視において、前記第２排気口は、前記他方側延在部に対して、前記第１排気口が位置する側とは反対側に位置する、請求項２記載の直流遮断器。
一対の前記絶縁側壁板における一方の前記絶縁側壁板から他方の前記絶縁側壁板にわたり形成され、前記アークとともに発生した前記ガスを前記排気口へ導くガイド板を備えた、請求項１または２に記載の直流遮断器。
一対の前記アークランナのうちの前記一方の前記アークランナにおける前記一方側第１部は、前記第３方向に一方側第１幅を有し、
前記一方側第１部は、前記一方側第１部と前記一方側第２部とが繋がる部分から前記固定接触体および前記可動接触体のうち、前記一方の前記アークランナに対応する側に位置する前記部分に向かって、前記一方側第１幅が狭くなるように形成された、請求項１記載の直流遮断器。
一対の前記アークランナのうちの前記他方の前記アークランナにおける前記他方側第１部は、前記第３方向に他方側第１幅を有し、
前記他方側第１部は、前記他方側第１部と前記他方側第２部とが繋がる部分から前記固定接触体および前記可動接触体のうち、前記他方の前記アークランナに対応する側に位置する前記部分に向かって、前記他方側第１幅が狭くなるように形成された、請求項２記載の直流遮断器。
前記可動接触体は、前記第３方向に第２幅を有し、
前記可動接触体は、前記第２幅が、前記消弧室が位置する側に向かって狭くなる態様で形成された、請求項１または２に記載の直流遮断器。
前記固定接点と前記可動接点との間において発生したアークに対して、前記第３方向に沿って磁力線を印加する磁力線発生部を配置した、請求項１または２に記載の直流遮断器。