JPH0218514Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、回路しや断器に関し、とくにしや
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。

従来の回路しや断器の一例を示すと、第１図に
示すような構造を有している。すなわち、図にお
いて、１は固定導体、２は固定導体１の端部に固
着された固定接点、３は可動接点で可動導体４の
端部に固着されて前記固定接点２と相対向して対
なる接点を構成している。９は消弧板であり、接
点２，３間で発生したアークを冷却する役割を持
つ。１０は可動導体４の開閉運動をさせる操作機
構部、１１は接点２，３間に発生したアークであ
る。

従来の回路しや断器はこのように構成されるが
次にその動作を説明する。第１図において、固定
接点２と可動接点３とが閉成しているとすると、
電流は電源（図示せず）より固定導体１→固定接
点２→可動接点３→可動導体４を介して負荷（図
示せず）に供給される。いま、負荷に短絡電流等
の過電流が流れると、操作機構部１０が動作して
可動接点３は固定接点２から開離して、負荷に流
れる電流をしや断する。このとき可動接点３と固
定接点２間にアーク１１が発生し、固定導体１お
よび可動導体４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２と可動接点３の
開離距離が増大するに従つて上昇し、また同時に
アーク１１が消弧板９の方向へ磁気力によつて引
きつけられ伸長するために、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１１を消弧し、しや断が完結する。

さて、このような動作をする回路しや断器が有
すべき性能は、アーク電圧が高いことであつて、
このアーク電圧の高さによつては、しや断動作中
に流れるアーク電流は抑制され、回路しや断器を
通じて流れる電流の大きさが減少することにな
る。したがつて、高いアーク電圧を発生する回路
しや断器は、回路しや断器に直列に配置された配
電線を含む各種電気機器装置類に対する保護性能
が高く、互いに直列接続された回路しや断器間の
選択協調しや断領域、あるいは同時しや断領域が
拡大されることになる。

このような要請に対して、従来、この種の回路
しや断器においては、高いアーク電圧を現出させ
るために、可動導体４を高速で開離させたり、あ
るいはまた、デアイオン消弧板の形状を改良して
アークを伸長させたりすることが行なわれていた
が、これらによる場合には、そのアーク電圧の上
昇に一定の限度があり、満足すべきものが得られ
ない欠点があつた。

ここでこの考案の回路しや断器の説明に先立つ
て、固定および可動接点間におけるアーク電圧等
の挙動について説明する。

一般に、アーク抵抗は次のような関係を有して
いる。すなわち、 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
ーク長さが50mm以下の短いアークにおいては、ア
ーク空間は接点粒子によつて占められてしまうも
のであるが、この接点粒子の放出は、接点表面に
直角方向に起こるものであり、またこの放出され
た粒子は、放出時においては接点金属材質の沸点
近くの温度を有し、さらにアーク間に注入される
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
接点から遠ざかる方向に流れ去るものである。こ
のように、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、この接点粒子の発生量と
その放出方向によつて定まり、したがつて、アー
ク電圧も、このような接点粒子の挙動によつて決
定されているものである。

このような電極粒子の挙動を従来の回路しや断
器に基づいて説明すると、第２図に示すとおりで
ある。図中１１はアーク、Ｘ面は、それぞれの接
点２，３が接触する場合の接触面である対向面
を、また、Ｙ面は対向面Ｘ面以外の電気的接触面
である接点表面および導体表面の一部を示し、図
中一点鎖線で示す輪かくＺは、接点２，３間に発
生するアーク１１の外かくを示し、さらにａ，ｂ
およびｃは、接点から発した接点粒子を模式的に
示したものであつて、ａは対向面Ｘ面の中心付近
から発した接点粒子を、ｂは接点表面および導体
表面の一部Ｙ面から発した接点および導体粒子
を、またｃは接点粒子ａ、およびｂの中間的位置
である対向面Ｘ面の周辺付近から発した接点粒子
であつて、その放出後の経路は、それぞれ矢印
ｍ，ｎおよびｏによつて示した各流線によつて流
れる。その他の符号は第１図と同様である。

このような接点２，３から放出された接点粒子
は、接点金属の沸点温度すなわち約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るため
に、アーク空間からエネルギーを奪い去り、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、アーク抵抗が発生する。
なお、アーク空間から接点粒子が奪い去るエネル
ギー量は、昇温の程度が大きく、その昇温の程度
は、接点から発した電極粒子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。ところ
が、第２図に示す従来の回路しや断器において
は、対向面Ｘ面の中心付近から発する接点粒子ａ
はアーク空間より大量のエネルギーを奪い去る
が、接点表面および導体表面の一部Ｙ面から発す
る接点粒子ｂは、接点粒子ａに比べて、アーク空
間から奪い去るエネルギー量は少なく、また、対
向面Ｘ面の周辺部分から発する接点粒子ｃは、接
点粒子、ａ，ｂの奪い去るエネルギー量の中間的
なエネルギーしか奪い去らないことになる。

すなわち、接点粒子ａの流れる範囲においては
大量のエネルギーを奪つてアーク空間の温度を下
げ、したがつてアーク抵抗率ρを増大させるが、
接点粒子ｂ、また、ｃの流れる範囲においては、
大量のエネルギーを奪わないために、アーク空間
の温度の低下も少なく、したがつて、アーク抵抗
率ρの増大も図れず、しかも、対向面Ｘ面および
接点表面Ｙ面からアークが発生するために、アー
ク断面積も増大し、したがつてアーク抵抗も低下
する。

このような接点粒子によるアーク空間からのエ
ネルギーの流出は、電気的注入エネルギーとつり
合つているのであるから、もし、接点間に発生す
る接点粒子のアーク空間への注入量を増大させれ
ば、当然にアーク空間の温度を大きく低下させ、
その結果、アーク抵抗率を大きくしてアーク電圧
を大きく上昇させることが可能であることがわか
る。

この考案は、上記のような従来の回路しや断器
におけるアーク電圧の上昇に対する限界を打開
し、接点間に発生する接点粒子のアーク空間への
注入量を増大させるとともに、アークを磁気的に
伸長させることにより、アーク電圧を極度に上昇
させることができる回路しや断器を得ることを目
的とするものである。

以下、この考案の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

第３図、第４図にこの考案の一実施例を示す。

１，４はそれぞれ端部に固定接点２、可動接点
３を固着した固定および可動導体で、これらはそ
れぞれ固定接触子、可動接触子を構成し、両接触
子はそれぞれの接点２，３が接離するように、互
いに対向して配置されている。５ａ，５ｂはそれ
ぞれ導体４，１より抵抗率の高い高絶縁材料で形
成され、接点３，２の外周を取囲むように導体
４，１上に配設された圧力反射体である。

これら圧力反射体５ａ，５ｂには第３図及び第
６図に示すように接点３，２から遠ざかる方向に
向かつて延び、導体４，１の一部を接点３，２と
連続して露出させる溝２０，２０が形成されてお
り、これら溝２０，２０は上記接点３，２の幅よ
りも狭い幅に形成されている。

圧力反射体５ａ，５ｂの形成方法としては、セ
ラミツクなどの高抵抗材料をたとえばプラズマジ
エツト溶射により導体４，１上に被覆したり、あ
るいは高抵抗材料で製作したものを導体４，１に
固着することが考えられる。なお、高抵抗材料と
しては、たとえば有機あるいは無機絶縁物のほ
か、ニツケル、鉄、銅−ニツケル、銅−マンガ
ン、マンガニン、鉄−炭素、鉄−ニツケル、鉄−
クロムなどの高抵抗金属であつてもよい。

８はブローアウトコイルで、一端が固定導体１
に接続されるとともに、他端が固定導体１と絶縁
された導体部６に接続されている。このブローア
ウトコイル８は接点開閉部の側方に位置して、電
流が流れたときアークに直角に叉交する磁束を作
り、この磁束がアークを接点付近に設けられた消
弧板９の方向に駆動するような方向に巻いてあ
る。また、ブローアウトコイル８の大きさは、開
路時の固定接点２と可動接点３のいずれをも含む
ような大きさである。なお、１０は可動導体４を
動作させる操作機構部である。

上記のような構成からなる回路しや断器の作動
は従来装置と同様であるので、その説明を省略す
るが、両接点間における接点粒子等の挙動につい
ては、従来装置とは異なるので次に説明する。

第５図において、２および３は相対向する接点
であり、それぞれの接点の外周を取囲み、かつア
ーク空間に対向するように、固定導体１、可動導
体４に圧力反射体５ａ，５ｂが設けられているこ
とは上述したとおりである。また図中Ｘ，ａ，
ｃ，ｍは第２図に表示したそれらと同じものであ
り、Zoはこの考案によつて収縮されたアーク１
１の空間の外かくを、Ooもこの考案によつて従
来装置とは異なつた経路を流れる接点粒子ｃの流
線を、また、Ｑは圧力反射体５ａ，５ｂによつ
て、アーク１１により発生した圧力を反射し、圧
力反射体のない従来のものにおいては低下してい
た圧力を上昇させているところの交叉斜線で表示
された空間を示している。

このような回路しや断器の接点間における電極
粒子は、次のような挙動をする。すなわち、空間
Ｑにおける圧力値はアーク１１自身の空間の圧力
値以上にはなり得ないが、しかし少なくとも、圧
力反射体５ａ，５ｂ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ものであり、したが
つて、圧力反射体５ａ，５ｂによつて生じた空間
Ｑにおける相当に高い圧力は、アーク１１の空間
の拡がりを抑制する力となり、アーク１１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Ｘより発した接点粒子ａ，ｃ等の流線
を、アーク空間にしぼり込み閉じ込めることにな
る。よつて対向面Ｘより発した接点粒子は、有効
にアーク空間に注入され、その結果、有効に注入
された大量の接点粒子は、アーク空間から従来の
ものとは比較にならない大量のエネルギーを奪い
去るために、アーク空間を著しく冷却し、したが
つて、アーク抵抗率すなわちアーク抵抗を著しく
上昇させて、アーク電圧をきわめて大きく上昇さ
せる。

ところで、前述のような圧力反射体５ａ，５ｂ
のみを有する構造の場合では、アークの足が接点
３，２の表面上に限定されるために圧力反射体５
ａ，５ｂによるアークしぼり込み作用によつて、
短絡時のような大電流時に重要な限流効果が高ま
るが、その反面アークの伸長が不十分であり、そ
のため、電流零点におけるアーク陽光柱の冷却が
不十分で、小電流に対する絶縁回復力が小さく、
小電流時のしや断性能に難点があるが、この実施
例では圧力反射体５ａ，５ｂに消弧板９の方向に
向かつて延びる幅狭な溝２０，２０が形成さてい
るので、大電流時にはアーク径が大きいことから
溝２０，２０へのアークの移動を十分に長い時間
にわたつて抑えるものの、小電流時にはアーク径
が小さいことからアークが幅狭な溝２０，２０に
侵入しやすくなり、この溝２０，２０に導かれて
アーク１１を消弧板９の方向に速やかに移動さ
せ、さらにブローアウトコイル８のつくる磁束で
そのアーク１１に駆動力を作用させることにな
る。その結果、抵抗率の大きくなつたアーク１１
の陽光柱部が一層伸長されて消弧板９に接触し、
ここで大量の熱が吸収されて十分に冷却され、固
定導体１と可動導体４との間のアーク電圧が極度
に上昇することとなり、小電流時の絶縁回復力、
つまりはしや断性能が高められる。

第３図、第４図で示す回路しや断器の消弧現象
の概略は以上のとおりであるが、過電流、負荷電
流のような小電流時におけるしや断性能が大電流
時の限流性能よりむしろ重要視されるのは、以下
のような理由による。すなわち、しや断電流If
は、 If＝Ｖ／Ｚ ただし、If：しや断電流 Ｖ：回路電圧 Ｚ：回路インピーダンス にて表現されるが、小電流の場合は回路インピー
ダンスがアークの抵抗よりはるかに大きく、アー
クによる限流はほとんど起こらない。したがつ
て、電流零点は回路インピーダンスによつて定め
らた時点に起こることになる。このような状況
で、回路インピーダンスが大きく、かつ、インダ
クタンス分が大きいと、電流零点における回路電
圧の瞬時値は高く、しや断を可能にするために
は、上記回路電圧とアーク電圧の差の電圧に対し
て、アーク空間の絶縁を回復せねばならないこと
になる。一方、大電流しや断、すなわち、回路イ
ンピーダンスが小さいときには、アークによる限
流が大きく、電流零点も、限流程度に応じて大幅
に変化し、アークの絶縁回復力が充分になつた時
点で零点を抑え、アークの絶縁回復力がいわば主
導権をもつた形でしや断することが可能である。

以上で説明したように、小電流しや断は大電流
しや断より、場合によつてははるかに苛酷なしや
断性能を要求されることになる。さて、空間の絶
縁回復力は、アーク陽光柱部分の熱冷却によつて
大きく左右されるものである。この陽光柱の熱冷
却力を得るために、従来より、小電流に対して
は、アーク陽光柱の引伸しおよび冷却部材による
直接の熱吸収を行なつている。消弧板はこの種の
手段の一例であつて、一般に磁性体により構成さ
れ、アークを吸引、伸長しやすい形状になつてい
る。

アークと消弧板の関係を図にて説明する。第７
図において、９は消弧板、１１はアークの断面で
あり、電流は紙面に垂直に表から裏面に向かう方
向に流れている。このアーク１１によつて生じる
磁界は、図中ｍにてその様子を示している。この
ような構成において、アーク１１の周辺の磁界
は、磁性体の消弧板９の影響によつて変歪され、
磁性体に近い空間の磁束は粗となり、結局電磁力
によつて図中Ｆにて示す方向、すなわち、消弧板
９に吸引される方向に引きつけられる。このよう
にして、アークは伸長され、消弧板９に熱を吸収
され、陽光柱部の絶縁回復力を強くすることにな
る。

上記一実施例において、圧力反射体５ａ，５ｂ
を被覆によつて形成するようにすれば、安価であ
るとともに、形成が簡単になる。とくに、可動導
体４側では重量が小さくなるので、慣性モーメン
トが小さくなつて、可動導体４の開離スピードが
大きくなり、その結果アーク電圧が大となる効果
がある。

また、消弧板９は必ずしも必要ではないが、使
用した方が効果的である。消弧板９の材質は磁性
体あるいは非磁性体で形成されるが、定格の大き
い回路しや断器では、定格運転時の温度上昇が問
題で、これは磁性体による渦電流が大きな原因と
なるが、非磁性の消弧板を用いることにより、こ
のような欠点が除去できる。

なお、上記実施例では、単極しや断器を例にと
つて述べたけども、多極しや断器の各極について
もこの考案が適用できることはもちろんである。

以上のように、この考案によれば、接点の外周
を取囲むように導体上に配設された圧力反射体に
よつて、アークの空間内での拡がりを抑制しアー
クを狭い空間にしぼり込んで、アーク抵抗すなわ
ち、アーク電圧をきわめて大きく上昇させ得るこ
とと、上記圧力反射体に接点よりも幅狭な溝を形
成して導体の一部を固定接点と連続して露出させ
ることにより短絡時のような大電流時はアーク径
が大きいことから幅狭な溝への急速なアーク移動
を抑えて限流性能を十分に発揮させながら小電流
時にはアーク径が小さいことからそのアークを幅
狭な溝に導かせて迅速に固定接点から遠ざかる方
向に移動させることができることと、固定接触子
と絶縁してもうけられた導電部に一端を接続した
ブローアウトコイルに電流が流れてアークの陽光
柱部を一定の方向に駆動する磁気力を発生するこ
とによりアーク抵抗の大きくなつたアークをさら
に伸長させ得ることとの相乗作用をもつて、アー
ク電圧を従来の回路しや断器における限界をはる
かに越えて極度に上昇させることができるととも
に、小電流時の絶縁回復力を増大させることがで
きる。したがつて、幅狭な溝を有する圧力反射体
とブローアウトコイルといつた簡単な構成付加に
よつて大電流時の高い限流効果と小電流時の優れ
たしや断性能といつた互いに相反する効果をとも
に満足させることができるという実用効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回路しや断器の一例を示す斜視
図、第２図は従来の回路しや断器の接点間におけ
る電極粒子の挙動等の説明図、第３図はこの考案
の回路しや断器の一実施例を示す分解斜視図、第
４図は同組立図、第５図はこの考案の回路しや断
器の接点間における接点粒子の挙動等の説明図、
第６図は第３図、第４図の回路しや断器における
接点部分を示し、ａは正面図、ｂは平面図、ｃは
側面図、第７図はアークと消弧板との相互作用を
説明するための原理図である。 １……固定導体、２……固定接点、３……可動
接点、４……可動導体、５ａ，５ｂ……圧力反射
体、６……導体部、８……ブローアウトコイル、
２０……幅狭な溝。なお、図中同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 導体とこの導体に固着された接点とを有する
   可動および固定接触子のそれぞれに、上記導体
   より抵抗率の高い高抵抗材料で形成され、上記
   接点の外周を取囲むように導体上に配設された
   圧力反射体を設けるとともに、少なくとも上記
   固定接触子に配設された圧力反射体には上記固
   定接点より遠ざかる一定の方向に向かつて延
   び、導体の一部を固定接点と連続して露出させ
   る固定接点よりも幅狭な溝を形成し、かつ一端
   が上記固定接触子に、他端がこの固定接触子と
   絶縁して設けられた導電部に接続されて、上記
   両接点間に生じたアークを上記一定の方向に向
   かつて駆動するための磁気力を発生するブロー
   アウトコイルを接点開閉部の側方に配設したこ
   とを特徴とする回路しや断器。 (2) 溝は接点付近に設けられた消弧板の方向に向
   かつて形成されてなる実用新案登録請求の範囲
   第１項記載の回路しや断器。 (3) 圧力反射体は、導体上に被覆によつて形成さ
   れてなる実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   回路しや断器。 (4) 消弧板は非磁性体からなる実用新案登録請求
   の範囲第２項記載の回路しや断器。