JPH0113316Y2 - - 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。

一般的な回路しや断器を第１図ａ，ｂに基づい
て説明する。

第１図ａは回路しや断器を示す平断面図であ
り、第１図ｂは第１図ａの線−における側断
面図である。第１図ａ，ｂにおいて、回路しや断
器の外枠を形成する包囲体１は排出口１０１を備
えており、固定接触子２は、包囲体１に固定され
た固定導体２０１とその一端部に固着された固定
接点２０２とから構成される。また、可動接触子
３は、固定導体２０１に対して開閉動作をする可
動導体３０１とその一端部に固着された可動接点
３０２とから構成されている。そして可動導体３
０１は操作機構部４によつて開閉される。固定接
点２０２と可動接点３０２との間のアーク空間に
は消弧板５が設けられ、この消弧板５は、上記接
点２０２，３０２側に開放された切欠溝５０１を
有する。いま、可動接点３０２と固定接点２０２
とが閉成している場合を考えると、電流は固定導
体２０１→固定接点２０２→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。この時、固定接点２０
２と可動接点３０２との間にはアークＡが発生
し、固定接点２０２と可動接点３０２との間には
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
大するに従つて上昇する。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が消弧し、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。

回路しや断器及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） しかるに、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、その表面にアークの足が存在
する導体の金属粒子によつて占められてしまいし
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。また、この放出された金属粒子は、
放出時においては導体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
共に導電性を帯び、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。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。

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から構成さ
れたものであつて、導体８は陽極であり、導体９
は陰極である。また導体８，９の夫々の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の夫々のＹ面は夫々の対向面で
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の説明にお
ける金属粒子の振舞いは何ら変るところはない。
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及び金属粒子ｂは、導体８，９のＸ面及
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，m′及び矢印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。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
おける位置及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
トして吹き付けられ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られる際には、アー
クＡの陽光性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
けられる場合もある。

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。この時、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
如く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Ｙ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、且つアークの圧力
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
にして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。したがつて、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の流線に示すよう
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
の冷却に何ら寄与せず、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
圧を上昇させる上では不利であり、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
定接触子及び可動接触子は第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（陽極点又は陰極点）の
位置及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。

この考案の目的は、高いアーク電圧を有し、か
つ、しや断時の限流性能がよく、しかも接点の脱
落のおそれのない回路しや断器を得ることにあ
る。

この考案の回路しや断器では、固定導体とこの
固定導体に固着された固定接点とからなる固定接
触子と、可動導体とこの可動導体に固着された可
動接点とからなり、上記固定接触子に対し上方へ
回動することにより開離する可動接触子とを備
え、上記両接触子のうちの少くとも固定接触子
に、前記導体とほぼ同一の導電性を有する材料か
らなる突起部を導体に接触して設けるとともに、
上記接触子の導体上に、導体よりも抵抗率の高い
高抵抗材料からなる圧力反射体を、接点の外周
と、突起部があるときはこの突起部の外周とを取
り囲むように配設し、かつ、接点間に発生するア
ークを消弧するための消弧板に、一端が上記接点
側に開放されて上記突起部の上方に位置する切欠
溝を設け、上記消弧板の切欠溝幅を、この突起部
の幅よりも小さくしてある。

さらに、上記圧力反射体に、接点の一側面を起
点としてこれからアークの走行方向へ向つて延
び、突起部があるときは、この突起部に達する溝
を設けて導体の表面を露出させてある。

ここで上記の高抵抗材料としては例えば有機あ
るいは無機絶縁物、又は、銅ニツケル、銅マンガ
ン、マンガニン、鉄炭素、鉄ニツケル、あるいは
鉄クロム等の高抵抗金属が使用できる。又温度上
昇に対して抵抗が急激に増加する鉄の使用も可能
である。

つぎに、この考案の実施例を、第３図および第
４図にしたがつて説明する。

第３図ａはこの考案に係る回路しや断器の一実
施例を示す一部を切欠した平断面図であり、第３
図ｂは一部を切欠した側断面図である。第４図ａ
及びｂは第３図に示す固定接触子及び可動接触子
と圧力反射体との分解斜視図である。

１は絶縁体からなる包囲体であり、回路しや断
器の外枠を形成し、かつこれに気体の排出口１０
１が設けられる。固定接触子２は固定導体２０１
とその一端部に固着された固定接点２０２とから
構成され、また可動接触子３は可動導体３０１と
その一端部に固着された可動接点３０２とから構
成されている。可動接触子３は、操作機構部４の
作動により、固定接触子２に対して開閉動作を行
なう。固定接触子２と可動接触子３との間のアー
ク空間を取囲むように消弧板５が設けられる。こ
の消弧板５は、その一端が上記接点２０２，３０
２側に開放された切欠部５０１を有する。また固
定接触子２及び可動接触子３には、それぞれ圧力
反射体６，７が取付けられる。第４図ａから明ら
かなように、固定接触子２に取付けられた圧力反
射体６は、２つの貫通孔６０１，６０２を有し、
その一方の貫通孔６０１に前記固定接点２０２が
貫挿される。上記貫通孔６０１と６０２との間に
は固定接点２０２と突起部２０３との間の固定接
触子２を露出させる溝６０５を設けて、アークが
突起部２０３へ転移し易いように形成されてお
り、また、第４図ｂから明らかなように、可動接
触子３に取付けられた圧力反射体７も貫通孔７０
１を有し、この貫通孔７０１に前記可動接点３０
２が貫挿される。上記可動接点３０２の一側に
は、この可動接点３０２より遠ざかる方向（アー
クの転移方向）に溝７０５を設けてアークが突起
部２０３へ転移し易いように形成されている。圧
力反射体７は上記導体２０１，３０１よりも抵抗
率の高い高抵抗材料からなる。この構成により、
各接触子２，３の各接点２０２，３０２の外周が
圧力反射体６，７によつて取囲まれ、その周囲の
導体部位が圧力反射体６，７により覆われる。図
示例において、固定接触子２の接点近傍に導電性
の突起部２０３が設けられ、この突起部２０３
が、前記圧力反射体６の他方の貫通孔６０２に貫
挿され、この圧力反射体６上に突出される。ここ
において、突起部２０３の幅lcは、前記消弧板５
の小幅切欠溝５０２の幅lgよりも大きくなるよう
に設定される。すなわち、切欠溝５０２は突起部
２０３よりも小さい幅のものとして構成される。
つまり、lc＞lgなる関係である。

つぎに、この考案の原理を第５図にしたがつて
説明する。第５図において、一対の導体８，９は
第２図と同一形状に構成されており、かつ圧力反
射体６，７が導体８，９の夫々の対向面であるＸ
面を突出させるように、かつアークＡに対向して
導体８，９に取付けてある。勿論Ｘ面を接点部材
で構成しても以下の説明における金属粒子の振舞
いは全く同一である。すなわち、空間Ｑ，Ｑにお
ける圧力値は、アークＡ自身の空間の圧力値以上
にはなり得ないが、しかし少くとも、圧力反射体
６，７が設けられていない場合に比べて、圧倒的
に高い値を示す。したがつて、圧力反射体６，７
によつて生じた相当に高い圧力をもつ周辺空間
Ｑ，Ｑは、アークＡの空間の拡がりを抑制する力
を与え、アークＡを狭い空間に「しぼり込む」こ
とになる。これはすなわち、対向面であるＸ面よ
り発した金属粒子ａ，ｃ等の流線ｍ，m′，ｏ，
o′をアーク空間にしぼり込み閉じ込めることにな
る。よつて、Ｘ面より発した金属粒子ａ，ｃは有
効にアーク空間に注入される。その結果、有効に
注入された大量の金属粒子ａ，ｃは、アーク空間
から従来装置とは比較にならないほどの大量のエ
ネルギーを奪い去るため、アーク空間を著しく冷
却する。したがつて、抵抗率ρすなわちアーク抵
抗Ｒを著しく上昇させてアーク電圧をきわめて大
きく上昇させる。

さらに、この圧力反射体６，７を、固定接点２
０２と可動接点３０２との接触面、すなわち、第
５図に示す対向面であるＸ面の周辺近くに設置す
るならば、導体表面であるＹ面にまでアークＡが
移動することを防ぎ、アークＡの足の大きさをも
制限することになる。このため、金属粒子ａ，ｃ
の発生をＸ面に集中させ得るとともに、アーク断
面積Ｓも縮小し得て、金属粒子ａ，ｃのアーク空
間への有効な注入が一層促進される。したがつ
て、アーク空間の冷却、アーク抵抗率ρの上昇及
びアーク抵抗Ｒの上昇を一層促進して、アーク電
圧が一層上昇される。

次にこの動作を説明する。いま、可動接点３０
２が固定接点２０２から開離すると、可動接点３
０２と固定接点２０２との間にアークＡが発生す
る。このアークＡは、以下の理由で、その足（ス
ポツト）を固定接点２０２から突起部２０３に転
移する。すなわち、アークＡは、前述の理由で、
圧力反射体６，７の作用により、固定接点２０２
と可動接点３０２との間のアーク電圧を上昇させ
ること、また突起部２０３は固定接点２０２と同
電位であるため電界強度が非常に高くなること、
さらに突起部２０３はアークＡによる高温かつ高
電離気体中に位置すること、等より可動接点３０
２と突起部２０３との間で絶縁破壊を発生し、固
定接点２０２上のアークＡの足が突起部２０３に
転移する。そのため、固定接点２０２の消耗が少
なくなる。また、消弧板５の切欠溝５０２の幅lg
が転移用の突起部２０３の幅lcよりも小さく設定
されているため、アークＡは転移時に必らず消弧
板５に接触して冷却されることから、消弧性能が
一段と向上する。さらに、圧力反射体６，７が固
定接点２０２及び可動接点３０２の周囲の導体部
位を覆つているために、アークＡの足がこれらの
接点２０２，３０２のみに形成されてその周囲ま
で拡がらないこと、及びアークＡの足が圧力反射
体６，７に形成された溝６０５，７０５によつて
速やかに突起部２０３へ転移するために固定接点
２０２のジユール発熱が減少すること、等によつ
て、接点脱落が生じることはない。また、接点２
０２，３０２と突起部２０３の周囲を圧力反射体
６，７で覆い、かつ上記溝６０５，７０５を設け
ていることから、接点２０２，３０２上のアーク
が突起部２０３以外の部分へ転移するのが確実に
防止される。この場合、突起部２０３へ転移した
アークは、前述した理由によつて紋り込み作用を
受けて限流されつづけることは、いうまでもな
い。

消弧板５の構成材料としては磁性材あるいは非
磁性材の何れでもよい。すなわち、磁性材で構成
した場合にはアークの冷却は効果的に行われる
が、定格電流の大きい回路しや断器では、磁性材
に発生する渦電流によつて定格運転時の温度上昇
が問題となる。一方、非磁性材で構成した場合に
は、アークの冷却効果は少し劣るが、定格運転時
の温度上昇は問題とならない。

この実施例では、突起部２０３を固定接触子２
のみに設けたものを説明したが、これに限らず、
可動接触子３のみに設けても、あるいは双方の接
触子２，３に設けても作用効果は同じである。双
方の接触子２，３に設けると、特に、両方の接点
２０２，３０２の消耗が一層少なくなるという利
点がある。

以上のように、この考案によれば、従来に比べ
はるかに高い限流性能を有し、アークの消弧が効
果的に行われ、接点の消耗および脱落が防止でき
且つ安価な回路しや断器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは一般的な回路しや断器を示す平断面
図、第１図ｂは第１図ａの線−における側断
面図、第２図は第１図の回路しや断器における金
属粒子の挙動の模式的説明図、第３図ａはこの考
案の一実施例による回路しや断器を示す一部切欠
した平面図、第３図ｂは同一部を切欠した側面
図、第４図ａおよびｂは第３図ａおよびｂに示す
可動接触子と固定接触子との分解斜視図、第５図
は第３図の回路しや断器における金属粒子の挙動
の模式的説明図である。 ２……固定接触子、２０１……固定導体、２０
２……固定接点、２０３……突起部、３……可動
接触子、３０１……可動導体、３０２……可動接
点、５……消弧板、５０２……切欠溝、６，７…
…圧力反射体、６０１，６０２，７０１……貫通
孔、６０５，７０５……溝、lg……消弧板の切欠
溝幅、lc……突起部の幅。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. 固定導体とこの固定導体に固着された固定接点
   とからなる固定接触子と、可動導体とこの可動導
   体に固着された可動接点とからなり、上記固定接
   触子に対し上方へ回動することにより開離する可
   動接触子とを備え、上記両接触子のうちの少くと
   も固定接触子に、上記導体とほぼ同一の導電性を
   有する材料からなり、接点よりもアークの走行側
   に位置する突起部を導体に接触して設けるととも
   に、上記両接触子の導体上に、導体よりも抵抗率
   の高い高抵抗材料からなる反力反射体を、接点の
   外周と、突起部があるときはこの突起部の外周と
   を取り囲むように配設し、かつ、接点間に発生す
   るアークを消弧するための消弧板に、一端が上記
   接点側に開放されて固定接触子側の突起部の上方
   に位置する切欠溝を設け、この切欠溝の幅を固定
   接触子側の突起部の幅よりも小さくし、さらに上
   記圧力反射体に接点の一側面を起点としてこれか
   らアーク走行方向へ向つて延び、突起部があると
   きはこの突起部まで達する溝を設けて導体の表面
   を露出させた回路しや断器。