JPH027134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明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。

〔従来の技術〕

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、短絡電流時の大電流が
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３
０２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
や断に対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（Hz） ρ：アーク抵抗率（Hz・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。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
果が悪くなり、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
時の限流性能を向上させ得ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

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で覆れていない。

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、この一
堪の固定接触子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付け現象となり、従
つて相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、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。

この発明の目的は、限流性能及びしや断性能が
良好な回路しや断器を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の回路しや断器ではそれぞれ接点を有
し、互いに開閉する一対の導体と、前記一対の導
体のそれぞれに、前記接点から消弧板方向に前記
接点の幅より狭い幅で帯状に突出して設けられた
突出部と、前記一対の導体にそれぞれ設けられ、
前記接点の接触面並びに前記突出部を露出して該
導体の表面を背後に覆い隠す有機絶縁材からなる
圧力反射板とを具備し、前記突出部を前記圧力反
射板の表面と同一もしくは表面から突出してなる
ものである。

〔作用〕

この発明は、接点の接触面並びに突出部を露出
して一対の導体の表面を有機絶縁体からなる圧力
反射板でそれぞれ背後に覆い隠すことにより、ア
ーク発生時にアークの大電流領域では圧力反射板
から発生した相対的に冷たいガスが背後に逃げる
ことなく効率的にアーク周面に向つて勢いよく放
出されるために、アークの陽光柱の周辺は冷却さ
れ、かつ断面積も縮少されてアーク電圧は上昇す
る。また、アークの小電流領域では接点から消弧
板方向へ帯状の突出部を設けたことにより、その
突出部の働きによりアークの足は突出部上を消弧
板に向つて高速度で移動される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

第６図ａはこの発明に係る回路しや断器に使用
されている可動接触子３を示す平面図、第６図ｂ
は第６図ａの断面ｂ−ｂにおける断面図、第６図
ｃは第６図ａの断面Ｃ−Ｃにおける断面図であ
る。第７図ａはこの発明に係る回路しや断器に使
用される固定接触子２の平面図、第７図ｂは第７
図の断面ｂ−ｂにおける断面図、第７図ｃは第７
図の断面ｃ−ｃにおける断面図である。第６図及
び第７図において、固定接触子２及び可動接触子
３には夫々固定接点２０２と可動接点３０２の接
触面並びに前記各接点２０２，３０２から消弧板
５の方向へ接点の幅より狭い幅で固定導体２０１
及び可動導体３０１に突設された帯状の突出部２
０３，３０３を露出して固定導体２０１並びに可
動導体３０１の表面を背後に覆い隠す有機絶縁材
からなる圧力反射板６，７がそれぞれ設けられて
いる。また、前記圧力反射体６，７の一部にはそ
れぞれ前記突出部２０２，３０２に対応して溝１
１が形成されている。そして、前記突出部２０
３，３０３は前記圧力反射体６，７の表面から突
出（表面と同一面も含む）して設けられている。

次に、固定導体２０１と可動導体３０１間に生
ずる現象について、これを模式的に示した第８図
に基づいて説明する。

第８図において、金属性円柱状の導体８は第７
図に示す固定導体２０１に対応し、金属性円柱状
の導体９は第６図に示す可動導体３０１に対応す
るものであり、夫々導体８，９には夫々の接点の
対向面であるＸ面近傍を除いて有機絶縁材からな
る圧力反射板６，７によつてＸ面を背後に覆い隠
すように設けられている。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、圧力反射板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。従つて、圧力反射板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。

また、この圧力反射板６，７を、例えば、第９
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８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。

さらに、アーク発生時にアークの発する放射エ
ネルギーによつて照射された圧力反射板６，７か
ら分解された原子・分子ガスが背後に逃げること
なく効率的にアーク周面に向つて勢いよく放出さ
れ、アークの陽光柱を包み込むことになる。その
結果、相対的に冷たい原子・分子ガスによつてア
ークの陽光柱の周辺は冷却され、導電性を失う。
つまり、陽光柱の断面積は縮少し、抵抗は高くな
り、アーク電圧は上昇する。

以上のようにこの発明によれば、従来装置に対
して、アーク断面積Ｓは著しく縮少し、且つアー
ク抵抗率ρが上昇するために、アーク抵抗Ｒは増
大する。従つて、電流値が同一であるならば、ア
ーク電圧も極めて高い値を示して、限流性能を著
しく向上させる効果がある。

しかも、各接点２０２，３０２から消弧板の方
向に帯状の突出部２０３，３０３を設けているの
で、アークが小電流領域に達するとアークの足は
第９図に示すように突出部２０３，３０３上を消
弧板５側に高速度で走行する。このためアークＡ
は大きく伸張し、且つ消弧板５に近づき熱を大量
に吸収され、電流零点における陽光柱の冷却が十
分に行われることになる。従つて、回路しや断器
の絶縁回復力が増大してしや断性能が向上する。

なお、上記実施例では突出部として固定導体２
０１及び可動導体３０１の表面が露出するように
したが、固定導体２０１及び可動導体３０１に接
続された別個の導体が露出するようにしてもよ
い。

第１０図はこの発明に係る固定接触子２の他の
実施例を示す平面図である。即ち上記一実施例で
は突出部を１本設けたものであるが第１０図ａの
ように複数本設けても同様の効果が得られる。ま
た第１０図ｂに示すものは圧力反射板６を間〓１
２を介して固定接点２０２の近傍に取付けたもの
である。このように間〓１２を設けることによつ
て、固定接点２０２に接する圧力反射板６が熱に
よつて絶縁性能が劣化するのを防止している。な
お、第１０図ａ，ｂにおいては固定接触子につい
て述べたが、可動接触子に採用しても同様の効果
を有する。

また、以上のような効果は、圧力反射板の形状
には全く制限されるものではなく、いかなる形状
の圧力反射板に適用しても、その効果は上記効果
と何ら異なるところはない。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば一対の導体
に、接点の接触面並びに突出部を露出して該導体
の表面を背後に覆い隠す有機絶縁材からなる圧力
反射体をそれぞれ設け、かつ突出部を圧力反射板
の表面と同一もしくは表面から突出しているた
め、簡単な構成で大電流領域では高い限流性能を
有し、小電流領域では高いしや断性能を有する効
果がある。

【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
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〜ｃはいづれもこの発明に係る回
路しや断器に使用される可動接触子を示すもの
で、第６図ａはその平面図、第６図ｂは第６図ａ
の線ｂ−ｂにおける断面図、第６図ｃは第６図ａ
の線ｃ−ｃにおける断面図である。第７図ａ〜ｃ
はいづれもこの発明に係る回路しや断器に使用さ
れる固定接触子を示すもので、第７図ａはその平
面図、第７図ｂは第７図ａの線ｂ−ｂにおける断
面図、第７図ｃは第７図ａの線のｃ−ｃにおける
断面図である。第８図はこの発明に係る回路しや
断器における金属粒子の挙動の模式的説明図、第
９図は本発明による回路しや断器の側断面図、第
１０図ａ，ｂはいづれも固定接触子の他の実施例
を示す平面図である。 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……固定接触子、２０１……固定導
体、２０２……固定接点、３……可動接触子、３
０１……可動導体、３０２……可動接点、６，７
……圧力反射板、１２……間〓である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ それぞれ接点を有し、互いに開閉する一対の
   導体と、前記一対の導体のそれぞれに、前記接点
   から消弧板方向に前記接点の幅より狭い幅で帯状
   に突出して設けられた突出部と、前記一対の導体
   にそれぞれ設けられ、前記接点の接触面並びに前
   記突出部を露出して該導体の表面を背後に覆い隠
   す有機絶縁材からなる圧力反射板とを具備し、前
   記突出部を前記圧力反射板の表面と同一もしくは
   表面から突出してなる回路しや断器。 ２ 接点と圧力反射板との間には、間〓が設けら
   れたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の回路しや断器。 ３ 突出部は、複数本設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または２項記載の回
   路しや断器。