JPH0222490B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は消弧性能の改善を図つた回路しや断
器に関するものである。

従来提案されている回路しや断器の一例を第１
図および第２図に示す。すなわち同図において１
は絶縁体により構成されて回路しや断器の外枠を
形成する筐体、２は１対の電気接触子２０，４０
の一方２０の本体部を構成する固定導体であり、
電気接触面には第３図に示すように固定接点３が
固着されて、この固定接点３以外の接点全周の導
体２には電気絶縁物あるいは高電気抵抗物等の導
体より抵抗率の高い高抵抗材料からなる圧力反射
体２２で覆われている。４は上記電気接触子２
０，４０の他方４０の本体部を構成する可動導体
であり、前記固定導体と同様に可動接点５および
圧力反射体４２が取り付けられている。

６は可動導体４を開閉連動させる開閉機構部、
７は固定接点３と可動接点５との間に生ずるアー
ク８を冷却するための消弧板、９は筐体１に形成
されてアークもしくはホツトガスを排出する排出
口、１０は消弧板７の支持用の側板である。

つぎにその動作を説明する。

いま、可動接点５と固定接点３とが接触してい
る場合においては、その電力は電源側より固定導
体２、固定接点３、可動接点５および可動導体４
を順次経由して負荷側へ供給される。この状態に
おいて、短絡電流等大電流がこの回路に流れる
と、開閉機構部６が作動して可動接点５を固定接
点３から開離させる。この際、上記固定および可
動接点３，５間にはアーク８が発生し、固定およ
び可動接点３，５間にはアーク電圧が生起する。

一方、圧力反射体２２，４２は接点蒸気の外部
への飛散を防止し、金属粒子を有効に陽光柱に封
じ込み陽光柱の冷却を促進することでアーク電圧
の増大を図るものである。さらにこのアーク電圧
は、固定接点３からの可動接点５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８が
消弧板７の方向へ磁気力によつて引き付けられ伸
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８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５と固定接点３との間に
は、アーク８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し、そのために、筐
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９から大
気中に放出される。

従来提案されている回路しや断器の消弧現象の
概要は以上の通りであるが、過電流・負荷電流の
ような小電流に対しては問題があつた。小電流に
対しては、限流性能よりもむしろ電流零点におけ
るしや断性能すなわち電流零点におけるアーク空
間の絶縁回復力が問題となる。

これはつぎのような理由による。一般にしや断
電流Ifは次式で表わされる。

If＝Ｖ／Ｚ ……(1) If：しや断電流 Ｖ；回路電圧 Ｚ：回路インピーダンス ここで、大電流しや断、すなわち、回路インピ
ーダンスが小さい時には、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
点を迎え、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。これ
に対し小電流は回路インピーダンスが大きいとい
うことであり、インピーダンスがアークの抵抗よ
りはるかに大きいと、アークによる限流がほとん
ど起らず、このため電流零点は回路インピーダン
スによつて定められた時点に起ることになる。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
おける回路電圧瞬時値は高く、しや断を可能にさ
せるためには、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。

以上のように、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可酷なしや断性能を
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。この
種の手段の一例として、いわゆる消弧板なるもの
がある。消弧板は一般に磁性体により構成され、
アークを吸引、伸長し易い形状になつている。

アークと消弧板の関係を第４図にて説明する。

同図において、７は消弧板、８はアーク断面で
あり、電流は紙面に垂直に表から裏に向かう方向
に流れている。このアーク８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８の周辺の磁界は消弧板７
の影響によつて変歪され、消弧板７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７に吸引される方向に
引きつけられる。こうしてアーク８は伸長され消
弧板７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。ところが前述のような圧力
反射体２２，４２の構造ではアーク８の足が接点
表面上に限定されてしまうため、消弧板７からの
距離も遠く、したがつて有効なる吸引力も働か
ず、アーク８の伸長が充分でない。このため、電
流零点における陽光柱の冷却が不充分であり、し
たがつて小電流に対する絶縁回復力が小さくしや
断性能に難点を有する。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので両
端部に可動接点を有する可動電気接触子と可動接
点に相対する固定接点を有する１対の固定電気接
触子との配置関係を各導体に流れる電流の向きが
互に反対の向きになるように設定し、これら可動
および固定電気接触子のそれぞれに圧力反射体を
取り付けるとともに、少なくとも一方の圧力反射
体にアークの走行路を設けることによつて、小電
流に対するしや断性能の向上を図り得る回路しや
断器を提供することを目的とする。

以下、この発明の一実施例を図面にしたがつて
説明する。

第５図はこの発明に係る回路しや断器の一例を
示し、第１図および第２図と同一部所には同一符
号を付して説明を省略する。同図において、２
ａ，２ｂは一端部が互に臨み合うように配置され
る１対の固定電気接触子２０，２０の本体部を構
成する固定導体で、これら固定導体２ａ，２ｂの
各一端部はＵ字状に折曲されている。４は可動電
気接触子４０の本体部を構成する可動導体であ
り、この可動導体４の中央部は開閉機構部６に連
結されている。上記可動導体４の両端部には、第
６図Ａ，Ｂに示すように可動接点５ａ，５ｂが固
着されており、またこの可動導体４には、各接点
５ａ，５ｂの外周を取り囲んで圧力反射体４２，
４２が設けられている。固定導体２ａ，２ｂの各
一端部にも、上記可動接点５ａ，５ｂに対応して
固定接点３ａ，３ｂが固着されており、この固定
導体２ａ，２ｂにも第７図Ａ，Ｂのように各接点
３ａ，３ｂを取り囲んで圧力反射体２２，２２が
設けられている。上記固定および可動電気接触子
２０，４０の配置関係は、接点３ａと５ａならび
に接点３ｂと５ｂの閉成状態における電流の流れ
る方向が互に反対の向きとなるように設定されて
いる。

上記圧力反射体２２，４２の材料は、上記導体
２ａ，２ｂ，４を形成する材料よりも高抵抗率を
有する高抵抗材料を使用する。形成方法として
は、高抵抗材料たとえばセラミツクを上記接触子
にプラズマジエツト溶射などにより被覆したり、
あるいは高抵抗材料で別体に製作した板状のもの
を上記接触子２０，４０に固定する。上記高抵抗
材料としてはたとえば有機あるいは無機絶縁物ま
たはニツケル、鉄、銅ニツケル、銅マンガン、マ
ンガニン、鉄−炭素、鉄ニツケルあるいは鉄クロ
ム等の高抵抗金属である。圧力反射体２２，４２
を被覆手段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行なえる。とくに可
動接触子４０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接触子４０の開離
スピードが大きくなるからアーク電圧が大となる
効果がある。

上記圧力反射体２２，４２のうち少なくとも一
方、この実施例では双方の圧力反射体２２，４２
に圧力反射体２２，４２よりも導電性が高く、各
接点３ａ，３ｂおよび５ａ，５ｂから遠ざかる方
向へ延びてアーク排出口９へ向かい、かつこの各
接点３ａ，３ｂよりも幅狭のアーク走行路２２
ａ，４２ａが設けられている。各アーク走行路２
２ａ，４２ａは圧力反射体２２，４２に切欠形成
されて各導体２ａ，２ｂ，４の表面を露出させる
溝で構成されており、別部材を用いるものに比
し、部品点数の増大化を招くこともないうえ、取
付の手間も省けるものである。

消弧板７は一般に磁性体で形成される。これは
アーク８に対する引張り作用が大きいためであ
る。ところが定格の大きい回路しや断器において
は、磁性体による渦電流が大となるのに起因して
定格運転時の温度上昇が問題となるから、この場
合は非磁性体で形成すれば上記温度上昇を抑制で
きる。

つぎに上記構成の動作について説明する。

開閉機構部６を操作することにより可動導体４
は開閉動作するがそれによつて可動接点５ａ，５
ｂと固定接点３ａ，３ｂが接触した閉路状態では
電流は固定導体２ａから固定接点３ａと可動接点
５ａを通つて可動導体４へ、そして可動接点５ｂ
と固定接点３ｂを通つて固定導体２ｂへと流れて
いる。

過電流発生時、開閉機構部６の動作で可動接点
５ａ，５ｂと固定接点３ａ，３ｂの間にはアーク
８が発生することは従来の回路しや断器と同様で
あるが、固定導体２ａ，２ｂおよび可動導体４は
前述のように構成されているので、固定接点３
ａ，３ｂおよび可動接点５ａ，５ｂ間の２本のア
ーク８は平行、かつ異方向の電流を形成する。し
たがつて、これらのアーク８は互に逆方向に駆動
される力を受けること、それぞれのアーク８は磁
性消弧板７の吸引力を受けること、アーク８の圧
力とアーク排出口９の存在でその方向に気流が生
じることから、これらの総合された合成力がアー
ク８に作用してアーク８を消弧板７あるいはアー
ク排出口９の方向に強力に駆動する。ところで、
このような駆動力を受けても、接点３ａ，３ｂお
よび５ａ，５ｂ間のアーク電圧が高められなけれ
ば、アーク８の足は接点３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂ
上を移動できないが、これはこの発明のアーク走
行路２２ａ，４２ａ以外の接点３ａ，３ｂ，５
ａ，５ｂ全周を覆うことでアーク８の足の限定お
よび金属粒子のアーク陽光柱への有効な注入冷却
を促進させて達成される。その結果アーク８の足
は圧力反射板２２，２２，４２，４２に設けられ
たアーク走行路２２ａ，２２ａ，４２ａ，４２ａ
を消弧板７側に走行し、陽光柱は従来と比べ大き
く伸長し、消弧板７に直接接触して大量の熱を吸
収されるから、従来の回路しや断器に比べてはる
かに優れたしや断性能を得ることができる。

さらに、アーク８の足はすばやく上記アーク走
行路２２ａ，２２ａ，４２ａ，４２ａに移るた
め、接点３ａ，３ｂ，５ａ，５ｂの消耗を少なく
することができる。

とくに、上記構成では、可動導体４と固定導体
２ａ，２ｂの配置は電流によつて電磁反発するよ
うになつているから、短絡電流等の大電流が流れ
ると、開閉機構部６の作動をまたずして開離する
ことができる。

このため、短絡発生後極めて短い時間で開離で
き、したがつて電流波高値を抑制することができ
る。

また導体２ａ，２ｂ，４を前述のように構成し
ているので、Ｕ字形に折曲されている固定導体２
ａ，２ｂのうち、固定接点３ａ，３ｂを固着して
いる部分の固定導体部と可動導体４との距離は、
アーク８発生瞬時には非常に小さいので、すなわ
ち平行かつ異方向電流路がアーク８発生瞬時には
短間隙を隔てて形成されるので、アーク８に作用
する駆動力はアーク発生直後が最も効率が高いも
のとなる。したがつて、この発明によると、接点
消耗の最も少ないしや断性能の良好な回路しや断
器を提供できる。

一方、このような大電流時には、高い限流性能
が要求されるのであるが、大電流時には両接点間
で発生するアークは大径なので、接点よりも幅狭
のアーク走行路２２ａ，４２ａ上に急速に移動す
ることができないため、上記高抵抗材料の圧力反
射体２２，４２の作用と相まつて接点上に長く残
留し、アーク直径が十分絞られて限流性能が高く
維持される。

さらに、上記圧力反射体２２，４２は、第８図
Ａの横断面図に一方の接点３ａ，５ａを代表とし
て示すように、接点５ａ，３ａ間で発生したアー
クスポツトを各接点の中心線上に拘束するため、
両導体２ａ，４に流れる電流I₁もこの両導体２
ａ，４の横断面中心部に拘束される。したがつ
て、両導体２ａ，２ｂと、４とに流れる電流I₁間
の距離L₁は、常に最短距離に維持され、この両
導体間には大きな電磁反発力が安定的に得られ
て、開離速度がさらに増大する効果がある。

この事実は第８図Ｂに示すように、圧力反射体
２２，４２がない場合には、アークスポツトが各
接点３ａ，５ａの中心部に拘束されないで偏心
し、その結果両導体２ａ，２ｂを流れる電流I₂
も、この両導体の中心部以外の部分に偏奇して流
れる場合が多く、したがつて、両導体２ａ，４に
流れる電流I₂間の距離L₂は、上記最短距離よりも
長くなる傾向があり、そのために大きな電磁反発
力が安定的に得られないことからも理解できる。

さらにまた、アーク８が発生するのが直列に２
点で行なわれるため、アーク電圧は２倍になり、
前記電磁反撥の作用と相俟つて回路に流れる電流
波高値を著しく小さくすることができる。

このようにこの発明によれば、大電流における
限流性の向上が図れることは勿論、小電流におい
て、従来に比べてしや断性能がはるかに高くなつ
て接点の消耗を抑制でき、開離速度も早く信頼性
の高い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図および第２図はそれぞれ提案されている
回路しや断器の一例であり、第１図はその平面
図、第２図はその正面図、第３図は従来の提案さ
れている回路しや断器の圧力反射体が取り付けら
れている電気接触子を示す斜視図、第４図はアー
クと消弧板との相互作用を示す説明図、第５図は
この発明に係る回路しや断器の一例を示す正面
図、第６図および第７図はこの発明の一実施例の
圧力反射体を各導体に取り付けた電気接触子の説
明図で、第６図は可動電気接触子を示し、同図Ａ
はその平面図、同図Ｂは同図ＡのＢ−Ｂ線断面
図、第７図は固定電気接触子を示し、同図Ａはそ
の一部破断正面図、同図Ｂは下側面図、第８図Ａ
はこの発明の導体間に流れる電流を説明するため
の横断面図、第８図Ｂは従来の導体間に流れる電
流を説明するための横断面図である。 １……筐体、２ａ，２ｂ……固定導体、３ａ，
３ｂ……固定接点、４……可動導体、５ａ，５ｂ
……可動接点、６……開閉機構部、７……消弧
板、８……アーク、２０……固定電気接触子、２
２，２２……固定導体側の圧力反射体、２２ａ，
２２ａ，４２ａ，４２ａ……アーク、４０……可
動電気接触子、４２，４２……可動導体側の圧力
反射体。なお、図中同一符号は同一もしくは相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁筐体と、この筐体内に設置された開閉機
   構部と、可動導体ならびにこの導体の両端部にそ
   れぞれ固着された可動接点からなり、中央部が上
   記開閉機構部に連結された可動電気接触子と、上
   記各可動接点にそれぞれ相対する固定接点ならび
   にこれら固定接点をそれぞれＵ字状の一端部に固
   着した固定導体からなり、各接点の閉成状態での
   電流の向きが上記可動電気接触子の電流の向きと
   は反対の方向を向くように設定された１対の固定
   電気接触子と、上記可動および固定接点を取り囲
   んでそれぞれの導体上に配設され、かつその導体
   よりも抵抗率の高い高抵抗材料で形成された圧力
   反射体と、少なくとも一方の接触子に設けられ、
   上記圧力反射体よりも高電導性に形成されて、接
   点間に生じたアークを上記接触子の接点より離反
   してアーク排出側へ移動させるようにこの接点か
   ら遠ざかる方向へ延び、かつこの接点よりも幅狭
   のアーク走行路とを具備した回路しや断器。 ２ 上記筐体内の消弧板を磁性材で構成してなる
   特許請求の範囲第１項記載の回路しや断器。 ３ 上記筐体内の消弧板を非磁性材で構成してな
   る特許請求の範囲第１項記載の回路しや断器。