JPH0113315Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は回路しや断器に関するものであり、
特にしや断時における限流性能を向上させた回路
しや断器に関するものである。

第１図ａは一般的な回路しや断器を示す断面平
面図であり、第１図ｂは第１図ａの線ｂ−ｂにお
ける側断面図である。第１図ａ，ｂにおいて、
今、可動接点３０２と固定接点２０２とが閉成し
ていると、電流は固定導体２０１→固定接点２０
２→可動接点３０２→可動導体３０１の経路で流
れる。

この状態において、短絡電流等の大電流がこの
回路に流れると、操作機構部４が作動して可動接
点３０２を固定接点２０２から開離させる。この
とき、固定接点２０２と可動接点３０２間にはア
ークＡが発生し、固定接点２０２と可動接点３０
２間にはアーク電圧が発生する。このアーク電圧
は、固定接点２０２からの可動接点３０２の開離
距離が増大するにしたがつて上昇する。また、同
時にアークＡが消弧板５の方向へ磁気力によつて
引き付けられ伸長するために、アーク電圧はさら
に上昇する。

このようにして、アーク電流は電流零点を迎え
てアークＡを消弧し、しや断が完結する。このよ
うなしや断動作中において、可動接点３０２と固
定接点２０２との間には、アークＡによつて短時
間、すなわち数ミリ秒の内に大量のエネルギーが
発生する。そのために、包囲体１内の気体の温度
は上昇し、かつ圧力も急激に上昇するが、この高
温高圧の気体は排出口１０１から大気中に放出さ
れる。

回路しや断器およびその内部構成部品は、その
しや断に際して上記のような動作をするが、次に
固定接点２０２と可動接点３０２との動作につい
て特に説明する。一般にアーク抵抗Ｒは次のよう
な式で与えられる。

Ｒ＝ρｌ／ｓ ただし、Ｒ：アーク抵抗（Ω） ρ：アーク抵抗率（Ω・cm） ｌ：アーク長さ（cm） ｓ：アーク断面積（cm²） ところが、一般に数KA以上の大電流でかつア
ーク長さｌが50mm以下の短いアークＡにおいて
は、アーク空間は表面にアークの足が存在するそ
の導体の金属粒子によつて占められてしまうもの
である。しかも、この金属粒子の放出は、導体表
面に直角方向に起こるものである。また、この放
出された金属粒子は、放出時においては導体の金
属の沸点近くの温度を有し、さらにアーク空間に
注入されるや否や電気的エネルギーの注入を受け
て高温、高圧化されるとともに導電性を帯び、ア
ーク空間の圧力分布に従つた方向に膨張しながら
高速度で導体から遠ざかる方向に流れ去るもので
ある。そして、アーク空間におけるアーク抵抗率
ρおよびアーク断面積ｓは、この金属粒子の発生
量とその放出方向によつて定まる。したがつて、
アーク電圧も、このような金属粒子の挙動によつ
て、決定されているものである。次に、このよう
な金属粒子の挙動を第２図を用いて説明する。な
おＸ面を接点部材にて構成した場合にも金属粒子
のふるまいは以下の説明となんら変るところがな
い。

第２図において、一対の導体８，９は相対向す
る一対の金属製円柱状の一般的な導体であつて、
導体８は陽極であり、導体９は陰極である。また
導体８，９のそれぞれのＸ面は導体８，９が接触
する場合の接触面となる対向面であり、導体８，
９のそれぞれのＹ面はそれぞれの対向面であるＸ
面以外の電気的接触面である導体表面を示す。Ｘ
面を接点部材で構成しても以下金属粒子の振舞い
はなんら変ることはない。また図中一点鎖線で示
す輪かくＺは導体８，９間に発生するアークＡの
外かくを示し、さらに、金属粒子ａおよび金属粒
子ｂは、導体８，９のＸ面およびＹ面から蒸発等
により発したそれぞれの金属粒子を模式的に示し
たもので、その放出方向は、それぞれ矢印ｍおよ
び矢印ｎによつて示した各流線の方向である。

このような導体８，９から放出された金属粒子
ａ，ｂは、アーク空間のエネルギーによつて導体
金属の沸点温度である約3000℃程度から、導電性
を帯びる温度、すなわち8000℃以上、またはさら
に高温の20000℃程度にまで昇温され、その昇温
の過程でアーク空間からエネルギーを奪い去り、
アーク空間の温度を下げ、その結果アーク抵抗Ｒ
を増大させる。なお、アーク空間から金属粒子
ａ，ｂが奪い去るエネルギー量は、金属粒子の昇
温の程度が大きい程大きく、その昇温の程度は、
導体８，９から発した金属粒子ａ，ｂのアーク空
間における位置および放出経路によつて定まる。

さらに導体８，９から発した金属粒子ａ，ｂの
経路は、アーク空間の圧力分布によつて定まる。

そのアーク空間の圧力は、電流自身のピンチ力
と金属粒子ａ，ｂの熱膨張とのかね合いによつて
決定される。ピンチ力は電流の密度によつてほぼ
決定される量であり、これはすなわち導体８，９
上のアークＡの足の大きさによつて決定される。
一般には金属粒子ａ，ｂはピンチ力によつて決定
された空間を、熱膨張しながら飛行すると考えて
もよい。

また導体８，９上におけるアークＡの足に制限
を加えない場合には、金属粒子ａは片側の導体９
から他の導体８に一方的にペーパー・ジエツトし
て吹き付けることが知られている。このように片
側の導体９から他の導体８に向けて、金属粒子ａ
が一方的に吹き付ける際には、アークＡの陽光柱
に注入される金属粒子ａは、ほぼ片側導体９から
のみ供給されるのである。第２図では一例として
陰極から陽極へ強く吹き付けが行なわれているも
のを示したが、この逆方向の吹き付けの場合もあ
る。

次に、上記の事情を説明する。第２図におい
て、何らかの理由で導体９から導体８にむけて一
方的に吹き付けが生起しているとする。導体９の
対向面であるＸ面から発する金属粒子ａは、導体
界面に直角に、すなわち陽光柱に向かつて飛行し
ようとする。このとき、導体９のＸ面を発した金
属粒子ａはピンチ力によつて生じた圧力によつて
陽光柱に注入される。他方の導体８のＸ面を発し
た金属粒子ａは陽光柱の中の粒子の流れに押され
てＸ面の外角方向に排出され陽光中に入りきらず
瞬時に系外に逃げ去ることになる。このように導
体８から発せられるものと導体９から発せられる
ものとで金属粒子ａの動きが第２図中の矢印ｍ，
m′の流線に示したように異なるのは前述したよ
うに導体界面におけるピンチ力により生じる圧力
に差があることによるものである。こうして、導
体９の一方向からの吹きつけは、吹きつけられる
側の導体８を熱し、導体８の表面上のアークの足
（陽極点・陰極点）をその正面のＸ面からそれ以
外の面へと拡大させる。このために導体８の導体
界面上の電流密度は低下し、かつアークの圧力も
低下する。したがつて、ますます導体９からの一
方向の吹きつけを強めることになる。このように
生じたそれぞれの導体８，９を発した金属の粒子
ａの飛行経路の差は、アーク空間から奪い去るエ
ネルギー量の差となる。つまり、導体９のＸ面を
発した金属粒子ａは、陽光柱から充分にエネルギ
ーを吸収し得るが、導体８のＸ面を発した金属粒
子ａは充分にエネルギーを吸収し得ず、有効にア
ークＡを冷却しないままに系外に放出されてしま
う。また導体８，９のＹ面から発する金属粒子ｂ
は、図中の矢印ｎに流線に示すように、アークＡ
から充分な熱を奪わないばかりか、アーク断面積
ｓを増大させ、かつアークＡのアーク抵抗Ｒを低
下させることになる。

このように、一方の導体９からの吹き付けがあ
る場合には、陽光柱の金属粒子ａによる冷却の効
率が悪くなり、また両方の導体８，９の対向面以
外の面であるＹ面から発生する金属粒子ｂが陽光
柱冷却になんら寄与せず、しかもアーク断面積ｓ
を増大させることにより、アーク抵抗Ｒも低下す
る。したがつて、一方の導体から他方の導体へ一
方的な金属粒子の吹き付けが存在するとアーク電
圧を上昇させるうえでは不利であり、したがつて
しや断時の限流性能を向上させ得ない。

一般に従来の回路しや断器に使用されている固
定接触子および可動接触子は第２図のモデルの導
体と同様に対向面の表面積が大きく、したがつて
生じたアークの足の大きさの制限が加わらないだ
けでなく対向面以外にもその側面等に露出面を有
するので、第２図において説明したように、両接
触子面に生じるアークの足（陽極点または陰極
点）の位置および大きさに別段に制限が加えられ
ていないため、第２図について説明した機構で一
方の接触子から他方の接触子に対して金属粒子ａ
の一方的な吹き付けが行なわれ、このためアーク
断面積ｓが大きくなり、上述のようにしや断時の
限流性能を向上させ得ない欠点があつた。

さらに従来の接触子の大きな欠点は、Ｙ面への
アークの足の拡大のために一般にこのＹ面に設け
られることの多い導体との接合部に直接アークの
足が拡大しやすく、この熱によつて融点の低い接
合部材が溶融し、接点脱落を起す危険性があつた
点である。

上述から明らかなように、互いに対向する導体
８，９間にアークＡが発生した場合、これをしや
断することはきわめて困難である。

たとえば、従来、上記両導体８，９の対向面に
接点（図示せず）をそれぞれ形成し、一方の接点
の近傍に位置して上記導体８，９上にアーク転流
用の突起を設け、両接点間に発生したアークの足
を迅速に上記突起に転流させ、もつて、この突起
の近傍にある消弧板で上記アークを消弧させると
ともに、上記アーク電流による接点の消耗を極力
防止しようとするものが知られている。（実開昭
50−83549号参照） また、上記両接点間に発生したアークの足を迅
速に消弧板側に移動させるためのアーク走行路
を、一方の接点の近傍に位置して上記導体上に突
設したものも知られている。（特開昭53−95277号
参照） しかしながら、上記のようなアーク転流用突起
やアーク走行路を上記導体上に形成したとして
も、第２図の説明からも明らかなように、上記突
起や走行路の有無にかかわらず、アークＡそれ自
体が広がりを有しているから、アークＡが上記接
点はもとより突起や走行路にも共に流れ、アーク
を迅速にしや断するという初期の目的を達成する
ことができない。

つまり、アーク空間における前述したアーク抵
抗率ρが低くかつアーク断面積ｓも大きいため、
アーク抵抗値Ｒが低く、したがつて、アーク電圧
を上昇させることができるから、アークＡのしや
断性能をさほど向上させることができない。

なお、上記導体とは別部材の高抵抗かつ高融点
の金属部材を上記両接点に接触させるとともに、
互いに対向させて上記両導体にそれぞれ突設し、
上記アーク転流用突起とアーク走行路との両機能
をもつたものが知られている。（実開昭50−87451
号参照） しかし、この場合でも、上記両公知例と同様の
欠点があることは第２図の説明からも明らかであ
る。

さらに、従来、第３図ａ，ｂで示すように、上
記接点２０２，３０２を取り囲むとともに、上記
接点２０２，３０２に接触させて、上記両導体
２，３の対向面に鉄板やステンレスからなる耐弧
性冷却板１６，１７を固定し、第３図ｂで示すよ
うに、上記接点２０２，３０２間に強大なアーク
Ａが流れた際に発生する熱で、上記接点２０２，
３０２のろう付け部が導体２，３から溶融離脱す
るのを防止しようとするものが知られている。
（実開昭49−12457号参照） つまり、上記耐弧性冷却板１６，１７は接点２
０２，３０２に発生する熱を放散させて上記接点
２０２，３０２のろう付け部を冷却させる放熱板
としての機能を有する。また、上記接点２０２，
３０２のろう付け部の冷却効果を高めようとすれ
ば、上記両接点２０２，３０２間に発生したアー
クＡの足が上記両接点２０２，３０２に集中しな
いようにしなければならないから、上記耐弧性冷
却板１６，１７は鉄板やステンレスのような導電
板から構成されることが肝要である。その場合、
当然のことながら、上記耐弧性冷却板１６，１７
は電気抵抗値を高くして、アークＡの発生を抑制
することが好ましいけれども、この電気抵抗値を
高くしすぎると、上記両接点２０２，３０２間に
発生したアークＡの足が上記両接点２０２，３０
２のみに集中して高温となるから、接点２０２，
３０２のろう付け部の溶融離脱を防止するという
初期の目的を達成することができない欠点を有す
る。

そのため、上記耐弧性冷却板１６，１７の電気
抵抗値を抑制すれば、アークＡのしや断性能が低
下する欠点を有する。

この考案は上記欠点を改善するためになされた
もので、アークのしや断性能が良く、接点の離脱
や摩耗を防止することができる回路しや断器を提
供することを目的とする。

以下、この考案の実施例を図面にしたがつて説
明する。

第４図ａはこの考案による回路しや断器の一実
施例を一部切欠して示す概略的な平面図、第４図
ｂは第４図ａのｂ−ｂ線に沿う断面図であつて、
第１図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明を省略する。

図において、２０３はアーク転流用の突起で、
この突起２０３は固定接点２０２の近傍でかつ消
弧板５側に位置して、第５図ａで示すように固定
導体２に固着されている。６，７は耐熱性を有す
る電気絶縁物からなる圧力反射体で、各圧力反射
体６，７は耐熱性を有する電気絶縁物、たとえ
ば、フエノール樹脂やポリブチレンテレフタレー
ト樹脂のような有機絶縁物、あるいはセラミツク
スのような無機絶縁物から構成されている。

上記圧力反射体６は固定接点２０２と上記アー
ク転流用突起２０３に対応させて嵌入穴６０１，
６０２が形成され、各嵌入穴６０１，６０２が上
記固定接点２０２と突起２０３に嵌入されること
によつて、可動導体３に対向する上記固定導体２
の外表面が被覆されるように構成されている。

また、上記圧力反射体７には第５図ｂで示すよ
うに、可動接点３０２に対応させて嵌入穴７０１
が形成され、この嵌入穴７０１が上記可動接点３
０２に嵌入されることによつて、上記固定導体２
に対向する可動導体３の外表面が被覆されるよう
に構成されている。

上記構成において、第４図ｂで示すように短絡
事故等による上記両接点２０２，３０２の開離時
に、上記接点２０２，３０２間に発生する過大な
アークＡ１の足は、上記両接点２０２，３０２が
電気絶縁物からなる圧力反射体６，７で囲まれて
いるため、上記接点２０２，３０２にしぼり込ま
れ、上記アーク反射体６，７やアーク転流用突起
２０３に拡散することがない。

上記接点２０２，３０２にしぼり込まれたアー
クＡ１の足はこのアークＡ１の作る磁界により消
弧板５側へ移動して、アーク転流用突起２０３に
転移させることができる。この場合でも、転移し
たアークＡ２は上記突起２０３が電気絶縁物から
なる圧力反射体６で囲まれているため、上記突起
２０３にしぼり込まれ、上記アーク反射体６や接
点２０２に拡散することがない。

したがつて、アーク空間における前述したアー
ク抵抗率ρが上昇するとともにアーク断面積ｓが
きわめて小さくなるから、アーク抵抗値Ｒがきわ
めて高くなり、アーク電圧を異常に上昇させるこ
とができるから、アークＡ２のしや断性能を著し
く向上させることができる。

また、上記両接点２０２，３０２間に発生した
アークＡ１の足が迅速にアーク転流用突起２０３
に転移させることができ、しかも、この転移した
アークＡ２を高速度でしや断することができるか
ら、接点２０２，３０２のろう付け部の溶融離脱
や接点２０２，３０２の消耗を防止することがで
きる。

なお、上記アーク反射体６，７は高温にさらさ
れるものであるから、耐熱性を有するものである
ことはいうまでもない。

また、上記実施例においては、圧力反射体６，
７が可動および固定導体２，３の両者に設定した
場合について説明したけれども、少なくともアー
ク転流用突起２０３の突設された固定導体２側に
設ければ初期の目的を達成することができること
は上述から明らかである。しかも、その場合、ア
ーク転流用突起２０３は可動導体３に突設して
も、あるいは可動および固定導体２，３の両者に
突設してもよいことはいうまでもない。

以上のように、この考案によれば、固定および
可動導体のうちの少なくとも一方にアーク転流用
の突起を設け、この突起とこれに近接する接点と
を露出させて、上記導体上に耐熱性を有する電気
絶縁物からなる圧力反射体を設定したから、上記
両接点の開離時にこれら両接点間に発生するアー
クを圧力反射体で囲まれた接点にしぼり込んだ状
態で、アーク転流用突起に移動させることがで
き、アーク電圧を異常に上昇させることによつ
て、アークのしや断性能を著しく向上させること
ができる。これによつて、接点の離脱や消耗を防
止することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の回路しや断器の一例を一部切
欠して示す概略的な平面図、第１図ｂは第１図ａ
のｂ−ｂ線に沿う断面図、第２図は従来の回路し
や断器におけるアーク中の金属粒子の挙動の模式
的説明図、第３図ａは従来の回路しや断器の一例
を一部切欠して示す概略的な平面図、第３図ｂは
第３図ａのｂ−ｂ線に沿う断面図、第４図ａはこ
の考案による回路しや断器の一実施例を一部切欠
して示す概略的な平面図、第４図ｂは第４図ａの
ｂ−ｂ線に沿う断面図、第５図ａ，ｂは同要部の
斜視図である。 １……筐体、２……固定導体、３……可動導
体、５……消弧板、６，７……圧力反射体、２０
２……固定接点、２０３……アーク転流用突起、
３０２……可動接点、Ａ１，Ａ２……アーク。な
お、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電気絶縁性の筐体に収納されかつ一端部に固定
   接点を有する固定導体と、上記固定接点に対応す
   る可動接点を一端部に有する可動導体と、上記両
   接点の開離時にこれら両接点間に発生するアーク
   を消弧する消弧板と、上記接点の近傍でかつ上記
   消弧板側に位置して上記固定および可動導体のう
   ちの少なくとも一方に設けられたアーク転流用の
   突起と、少なくとも上記突起が形成された導体上
   に上記アーク転流用突起とこれに近接する接点と
   を露出させて設けられた耐熱性を有する電気絶縁
   物からなる圧力反射体とを具備し、上記両接点の
   開離時にこれら両接点間に発生するアークを圧力
   反射体でしぼり込み、このしぼり込まれたアーク
   をアーク転流用突起に転移させ、このアークを上
   記消弧板で消弧させるように構成したことを特徴
   とする回路しや断器。