JPH0218513Y2 - - 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
時、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３０２
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、アーク電圧や更に上昇
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、且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以上の大電流で且つア
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、更にアーク空間に注
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ものであ
る。そして、アーク空間におけるアーク抵抗率ρ
及びアーク断面積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。従つて、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
いは以下の説明と何等変るところがない。

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
で構成しても以下金属粒子の振舞いは何ら変るこ
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、
更に、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、または更に
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、これは即ち導体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に一方的にベーパー・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、即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柱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
方向からの吹き付けは、吹き付けられる側の導体
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、且つアークの圧力も低下す
る。従つて、ますます導体９からの一方向の吹き
付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。従つて、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、且つアーク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。従つて、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
時の限流特性を向上させ得ない。

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、従つて生じた
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。

また従来の回路しや断器に使用されている他の
接触子の例では、接点の近傍へ導体の溶融を防ぐ
ために、接点の近傍の導体面の一部を絶縁物１
０′で覆つたものがあつた。第３図ａはそのよう
な接触子２を示す側面図であり、第３図ｂは第３
図ａのものの平面図であり、第３図ｃは第３図ｂ
の断面ｃ−ｃにおける断面図である。その例では
導体の先端の方の部分は絶縁物１０′で覆われて
いない。

このような構成の一対の導体を用いて第４図の
ように回路しや断器を構成したものでは、その一
対の固定接触子２と可動接触子３間に第４図ａ及
び第４図ｂに示すようなアークＡが生じる。この
アークＡにおいては第４図ａ及びｂから明らかな
ように、アークの足、すなわち陽極点、陰極点の
位置が導体の先端の方に向つて大きく拡がつてお
り、第２図において説明したのと同様の理由によ
つて、しや断時の限流性能を向上させ得ない欠点
があつた。更に第５図に示すように一対の接点の
うち一方のもののみに、その接触面の周辺部分を
覆う絶縁物の板状体８１をもつ被覆を付した場合
についてその表面の状態を調べて見たがこの例で
は、絶縁物１０′に包囲された方の接点をもつ導
体９のＸ面からは、その流れ方向が狭く制限され
た金属粒子ａがアーク陽光柱部に注入されるが、
絶縁物１０′で被覆されていない方の接点をもつ
導体８のＸ面からの金属粒子においてはそのアー
クの足、すなわちその陽極点、陰極点は制限され
ることなく導体表面上一杯に拡がり、又さらに接
点の側面であるＹ面にまで拡がることによつて電
流密度が減少する。従つてピンチ力は弱まり、金
属粒子がアーク外へ逃げる点は、第２図と同様で
ある。このため結局、アーク陽光柱部の様相は、
たとえ一方の導体の近傍に絶縁物を設けても、結
局一方向からの金属粒子の吹き婦け現象となり、
従つて双方の導体ともアークの足の大きさを制限
しない場合と同一の様子を示し、アーク電圧も別
段大きな上昇をせず、限流性能は向上しない。

以上説明したように、アーク電圧を上昇させる
為には、アークの足に生じた金属粒子を両極とも
に、陽光柱に有効に注入させることが必要であ
り、また金属粒子を陽光柱へ注入する力は、アー
クの足に生じたピンチ力による圧力である。さ
て、ピンチ力は接触子上のアークの足の大きさ、
あるいは、電流密度によつて大きく変化するもの
である以上、これを制御することは可能である。
例えば、従来の接触子は、少なくとも片方のＸ面
の面積が大きく、アークの足の大きさを有効な程
度に制限することにはなつていなかつた。しかし
このような絶縁物を使用しない接触子において
も、それぞれの両接触子の対向するＸ面を充分小
さくすれば、ある程度Ｘ面上での電流の密度が上
昇してピンチ力が増すとともに、それぞれの金属
粒子は従来と異なつてある程度両方から陽光柱に
注入され、それによりアーク電圧は従来よりも上
昇する。

しかし、それだけではＸ面以外、即ちＹ面のア
ークの足の拡大は阻止出来ず、Ｙ面へとアークの
足が拡大した分だけＸ面の電流密度は減少し、金
属粒子の注入圧力は低下する。したがつて従来の
接触子の場合、金属粒子による陽光柱の冷却効果
が最大限に発揮されているものではなかつた。

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且
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回路しや断器のそ
れぞれの接点の電気的接触面の一部を残して、そ
の周辺の空間に張り出した導体の接点近傍の部分
を導体を形成する材料よりも高抵抗率を有する高
抵抗材料の物質（以下高抵抗材料と称するる）か
らなる圧力反射体（板状の圧力反射板および、コ
ーテイング、テーピングなどより成る被覆物）の
背後に覆いかくし、それによつて金属粒子を強制
的にアーク空間に注入するようにし、且つ固定接
点２０２、可動接点３０２から消弧板５の方向に
圧力反射体に溝６０１，７０１を設け、一方の溝
６０１の終端部を消弧板５の切欠き溝の底部より
も接点から遠ざかる位置にしたものである。

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。

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を使用するこ
ともできる。

以下この考案の原理を図面に基づいて説明す
る。第６図ａはこの考案に至る回路しや断器の一
実施例を示す平断面図であり、第６図ｂは第６図
ａの線Ｂ−Ｂ断面における側断面図である。
第６図ａ，ｂにおいて、包囲体１は絶縁体により
構成され、開閉装置の外枠を形成するもので排出
口１０１を備えている。固定接触子２は包囲体１
に固定された固定導体２０１と、固定導体２０１
の一端部に取付けられた固定接点２０２とから構
成されている。可動接触子３は固定接触子２に対
して開閉するもので、固定導体２０１に対して開
閉動作をする可動導体３０１と、固定接点２０２
に相対して可動導体３０１の一端部に取付けられ
た可動接点３０２とから構成されている。操作機
構部４は可動接触子３を開閉操作するものであ
る。消弧板５は可動接点３０２が固定接点２０２
から開離する時に生じるアークを消弧するもので
ある。圧力反射体６，７は夫々前記の高抵抗材料
で構成され、夫々固定接点２０２、可動接点３０
２を突出させて、且つ互いにアークＡに対向する
ように夫々固定導体２０１、可動導体３０１に取
付けられている。

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２
０２→可動接点３０２→可動導体３０１へと、電
源側から負荷側に流れる。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２
０２から開離させる。この時、固定接点２０２と
可動接点３０２間にアークＡが発生する。このア
ークＡにおいては第７図において示すように、圧
力反射体６，７によつてアーク空間が高圧とな
り、その結果アークが効果的に冷却され消弧され
る。

第７図は第６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。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
以下の説明と何等変るところがない。第７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、且つ圧力反射体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、且つアーク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、圧到的に高い値を示す。従つて、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。従つて、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。

更に、この圧力反射体６，７を、例えば、第６
図に示すように、固定接点２０２と可動接点３０
２の接触面、すなわち、第７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
得ると共に、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への有効な注入
を一層促進することができる。従つて、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、アーク電圧を一層上昇
させることができる。

第８図はこの考案に係る回路しや断器の一実施
例を示す側断面図である。第９図ａは第８図に示
す圧力反射体と消弧板との位置関係を示す斜視図
であり、第９図ｂは可動接触子を示す斜視図であ
る。図中第６図と同一部分には同一符号を付して
いる。第８図及び第９図において、圧力反射体
６，７には固定接点２０２、可動接点３０２から
消弧板５方向に固定導体２０１、可動導体３０１
が露出する溝６０１，７０１が設けられ、それぞ
れ終端部ａ，ｂを有している。そして、一方の終
端部ａは、磁性材からなる消弧板５のＵ字状もし
くはＶ字状の切欠き溝５０１の底部ｃと上下方向
に同位置よりも排出口１０１側に設置されてい
る。

次にこの動作を説明する。今、可動接点３０２
が固定接点２０２から開離すると、可動接点３０
２と固定接点２０２間にアークＡが発生する。こ
のアークＡは磁性材からなる消弧板５によつて吸
引されるため、アークＡの足は溝６０１，７０１
内を消弧板５方向に一直線上に走行し、第８図に
示すようにアークＡは発生直後に直接消弧板５に
触れて急速に分断冷却される。

この場合、溝６０１，７０１の終端部ａ，ｂは
切欠き溝５０１と底部ｃと上下方向に同位置より
も排出口１０１側に設定されているため、アーク
Ａは第８図に示すように発生直後ただちに消弧板
５に触れるため、更に急速に分断冷却され、アー
クは良好に消弧される。

さらに、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。即ち、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。また溝は、少く
とも一方に取付けるだけでも、同様の効果があ
る。

以上のように、この考案によれば、従来に比べ
かるかに高い限流性能を有し、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面図
であり、第１図ｂは第１図ａの線ｂ−ｂにおける
断面図である。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である。第
３図ａは従来の回路しや断器に使用されているあ
る接触子を示す側面図であり、第３図ｂは第３図
ａのものの平面図であり、第３図ｃは第３図ｂの
断面線ｃ−ｃにおける断面図である。第４図ａは
第３図に示す導体を用いた場合のアーク発生状態
を示す側面図であり、第４図ｂは第４図ａのもの
の正面図である。第５図は比較のための他の導体
構造における場合の金属粒子の挙動の模式的説明
図である。第６図ａはこの考案に至る回路しや断
器の一実施例を示す平面図であり、第６図ｂは第
６図ａの線Ｂ−Ｂにおける側断面図である。
第７図は第６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。第８図はこの考案
に係る回路しや断器の一実施例を示す側断面図で
ある。第９図ａは第８図に示す圧力反射体と消弧
板との位置関係を示す斜視図であり、第９図ｂは
可動接触子を示す斜視図である。 図において、各図中同一部分には同一符号を付
しており、２は固定接触子、２０１は固定導体、
２０２は固定接点、３は可動接触子、３０１は可
動導体、３０２は可動接点、５は消弧板、５０１
は切欠き溝、６，７は圧力反射体、６０１，７０
１は溝である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 一端部に固定接点を有する固定導体、前記固定
   接点に相対する可動接点を一端部に有する可動導
   体、前記それぞれの接点を露出させつつ、導体の
   接点近傍部を背後に覆いかくすようにそれぞれの
   導体上に設けられ高抵抗材料から構成された圧力
   反射体、前記固定接点と前記可動接点との開離時
   に発生するアークを消弧しＵ字状もしくはＶ字状
   の切欠き溝を有する消弧板、及び前記圧力反射体
   にそれぞれ形成され、前記接点から消弧板方向に
   導体の一部を接点の幅より狭く露出させる溝を備
   え、前記固定導体を露出する溝は前記消弧板側の
   終端部を前記Ｕ字状もしくはＶ字状の切欠き溝の
   底部よりも固定接点から遠ざかる位置まで延設し
   たことを特徴とする回路しや断器。