JPH1196842A - 電気アーク消弧装置及びその方法 - Google Patents

電気アーク消弧装置及びその方法

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JPH1196842A JP10191230A JP19123098A JPH1196842A JP H1196842 A JPH1196842 A JP H1196842A JP 10191230 A JP10191230 A JP 10191230A JP 19123098 A JP19123098 A JP 19123098A JP H1196842 A JPH1196842 A JP H1196842A
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Kurusuteitsuku Surobodan
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Abstract

(57)【要約】 【課題】アークを消弧する電気アーク消弧装置を提供す
ること。 【解決手段】電気回路を完成するために選択的に係合す
る一対の接触子を有する電流切換装置として設けられる
アーク消弧装置であり、接触子に隣接配置され、電気導
電材料から形成された複数のスプリッタプレート(40)を
含む。この各プレート(40)は、電気導電材料の本体(46)
と、この本体の両側に配置されかつ湾曲したエッジ部分
(50)によって連結される一対の平坦部分(43,45) とを備
えるケーシング(44)を有する。各平坦部分(43,45) は、
ギャップを有するオープンループをなしてエッジ部分(5
0)から伸びており、複数のスプリッタプレート(40)の隣
接するプレート間に導かれたアークが、消弧される前に
オープンループの回りを移動するので、スプリッタプレ
ートの全体を溶かしかつそれに関連した腐食を生じない
ことから装置の寿命を長くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流等の電流を切
り換えるための装置に関し、特に、スイッチ切り離し時
のスイッチ接触子間に形成されるアークを消弧する機構
を有するこの種の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】直流は、バッテリー電源装置、モータ駆
動装置、及び直流付属回路等の多くの適用に用いられ、
その中で接触器は、負荷電流をオンオフするのに用いら
れる。重量、信頼性、及び直流高電圧の切換え性能は、
接触器の開発において特に考慮することが重要である。
【０００３】さらに、多くの応用において、比較的大き
な直流は、接触器の接触子を切り離すとき、アークを発
生して切り換えなければならず、その結果、アークを消
弧するための機構が必要となる。
【０００４】従来の直流接触器及びスイッチは、１つま
たはそれ以上のアーク消弧部材を備えており、この消弧
部材は、スイッチ接点間に形成される消弧アークとし
て、例えば、米国特許明細書第５，４１６，４５５号に
記載されるように、しばしば、「アークシュー(arc chu
tes)」と呼ばれる。アーク消弧部材は、離間配置された
電気導電性の一連のスプリッタプレートで構成できる。
【０００５】直流切換装置において、一連のスプリッタ
プレートの一面側にある永久磁石は、アーク消弧部材を
横切る磁界を形成して、アークがスプリッタプレート構
造に導かれる。このとき、アークは、１つのスプリッタ
プレートから他のスプリッタプレートに伝わる。アーク
は、一連のスプリッタプレートに、そして、これらのプ
レート間の多数のギャップに広がり、それゆえ、アーク
を消弧するための十分なアーク電圧が作り出される。
直流切換装置におけるアークは、所定のスプリッタプレ
ートのある個所に形成される。特に、誘導負荷に伴って
アーク持続時間が比較的長いと、この個所でのエネルギ
ーの集中により、金属プレートは腐食する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような事情に鑑み
て、本発明の目的は、スイッチ接触子が切り離される時
形成されるアークを消弧する機構を含む電流切換装置、
特に、電気アーク消弧装置、その消弧方法、並びに、こ
のアーク消弧装置に使用するスプリッタプレートを提供
することである。
【０００７】また、他の目的は、消弧装置の構成部品に
アークがもたらす腐食を減少させることである。本発明
のさらなる目的は、アーク消弧装置内のスプリッタプレ
ートの表面を横切るアークを移動させることによりこの
ような腐食を減少することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】これらの目的および他の
目的は、選択的に互いに係合して電気回路を完成する第
１，第２の接触子を備えた形式の電流切換装置用の消弧
装置によって達成される。本発明の構成は、各請求項に
記載されており、このアーク消弧装置は、第１，第２の
接触子に隣接配置された複数の電気導電性のスプリッタ
プレートを含んでいる。好ましくは、一方のスプリッタ
プレートの主表面に、隣接するスプリッタプレートの主
表面が面して層状をなしている。各主表面は、ギャップ
を有するオープンループを形成し、隣接するスプリッタ
プレートの間に形成されるアークがこのループの回りを
移動する。回路において、より長い中断時間があると、
アークはギャップ間を飛び越し、さらに、アークが消弧
されるまでこの動作が繰り返される。
【０００９】好ましい実施形態において、各スプリッタ
プレートは、第１，第２の接触子に面するエッジ部分に
より連結された一対の離間した平坦部分によって形成さ
れた電気導電材料のケーシングを含んでいる。各平坦部
分は、エッジ部分と隣接してこの部分から伸びている先
端部分と、この先端部分と隣接してこの先端部分から湾
曲して伸びてオープンループを形成し、かつギャップを
形成するために前記先端部分から離れた端部を有する湾
曲部分とを含んでいる。好ましくは、ケーシングのエッ
ジ部分は、平坦部分から離れて第１，第２の接触子の方
に向けて湾曲する凸形状を有している。
【００１０】アークは、各スプリッタプレートのループ
の回りを連続的に移動するので、アークの足は、スプリ
ッタプレートを大きく溶かしたり、関連した腐食を生じ
させるほど十分には長く一か所にとどまらない。その結
果、装置の寿命をより長くする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１を参照すると、密封型の電磁式単極
接触器１０は、第１，第２の電源端子１４，１６を備え
るプラスチックハウジング１２を有する。第１電源端子
１４は、ハウジング１２に取り付けた固定接触子１５に
接続され、かつ第２電源端子１６は、別の固定接触子１
７に接続される。
【００１２】電磁ソレノイド１８は、ハウジング１２の
内面に設けた凹部に収容される。ソレノイド１８は、中
央開口２４内に配置された、環状コイル２０、コア２
１、及びアーマチュア２２を有する。このアーマチュア
２２は、コア２１を貫通し、可動接触子アーム２８に連
結するシャフト２６を含み、接触器の閉状態時において
固定接触子１５，１７をつないで電源端子１４，１６間
の電気径路を完成する。可動接触子アーム２８の各端部
は、接触パッド３０を有し、この接触パッド３０は、接
触器の閉成時に、アーム２８の端部と連動する固定接触
子１５または１７上の係合接触パッド３２に当接する。
スプリング組立体３３は、可動接触子アーム２８とアー
マチュア２２を付勢し、図１に示すように、ソレノイド
コイル２０が消勢されるとき、接触器１０は常開位置に
ある。
【００１３】可動接触子アーム２８の各端部は、分離し
たアーク消弧室内に伸びている。２つのアーク消弧室
は、図１に見られる１つの室３４に対して互いに鏡像関
係にある。アーク消弧室３４は、積層する部分間の領域
３９を有し、離間したスプリッタプレート４０の２つの
スタック３６，３８によって形成される。内側スタック
３６内の頂部スプリッタプレートは、スタックが下方に
ある一方の端子よりも他方の電源端子にワイヤブレイド
によって接続される。
【００１４】例えば、第２電源端子１６の下方にある内
側スタック３６の頂部スプリッタプレート４０ａは、ワ
イヤブレイド４７によって第１電源端子１４に接続され
る。別のワイヤブレイド４７は、第１電源端子１４の下
方にあるアーク消弧室のスプリッタプレートを第２電源
端子１６に接続する。
【００１５】図１，図２において、各スプリッタプレー
ト４０は、湾曲したエッジ部分５０によって接続された
同一形状の平坦部分からなる一対の脚部（横部分）４
３，４５を備える外側Ｕ形状のケーシング４４を有す
る。各スプリッタプレート４０の湾曲したエッジ部分５
０は、アーク消弧室３４の中央領域３９に面する。スプ
リッタプレート４０の平らな脚部４３，４５は、同一で
ありかつ図２に示すようにアラビア数字（９）の鏡像に
似た湾曲形状を有する。
【００１６】特に、各脚部４３，４５は、湾曲したエッ
ジ部分５０の一側面から突出しかつスプリッタプレート
４０の横面に対してテーパー状に細くなる先端部分４８
を有する。この先端部分４８は、湾曲した部分５２とな
って、ギャップ５６だけ先端部分から離れるエッジ（端
部）５４に向けて湾曲する。先端部分（第１部分）４８
と湾曲部分（第２部分）５２は、内径開口部５５を有す
るオープンループを形成する。
【００１７】各スプリッタプレート４０のケーシング４
４は、銅のような電気導電材料から形成され、かつ磁性
鋼からなる本体４６の回りに伸びている。この本体４６
は、Ｕ形状のケーシング４４の開口内に収納されかつケ
ーシング内部寸法に対応するを外側寸法を有する矩形を
有する。
【００１８】接触器１０は直流をスイッチングするの
で、磁界は電気アークをアーク消弧室に移動するのに使
用される。図２において、この磁界は、永久磁石組立体
６０によってアーク消弧室３４の中央領域３９を横切る
ように生じる。
【００１９】この組立体６０は、アーク消弧室３４の樹
脂製ハウジング６４の外側に消弧室の高さに沿って配置
される永久磁石６２から構成される。永久磁石６２は、
この磁石の外表面に当接しかつアーク消弧室３４の両端
部側に伸びている、磁性を備えた一対の鉄、即ち、Ｕ形
状部材６６，６８に結合される。
【００２０】一対の樹脂製ブラケット７０，７２は、樹
脂製ハウジング６４の溝にスプリッタプレート４０，４
２を保持し、そしてそのハウジングを密閉する。永久磁
石６２とＵ形状材６６，６８との結合は、アーク消弧室
３４を横切る磁界（図２に垂直な方向）を形成する。ア
ーク消弧室３４は、記載するように、スプリッタプレー
ト４０の方に向いて接触子パッド３０，３２間に形成さ
れる電気アークを方向付ける。
【００２１】図１において、接触器１０が開くと、アー
マチュア２２とこれに取り付けた可動接触子アーム（第
２接触子）２８は、固定接触子１５，１７から離れて移
動し、接触子パッド３０，３２を切り離して図示の位置
に移動させる。接触子パッド３０，３２が切り話される
と、アーク７７はそれらの間に発生する。永久磁石によ
る磁界に伴うアーク電流の相互作用により生じる力によ
って、アーク７７は、接触子パッド３２の外側から固定
接触子（第１接触子）１７に沿ってアーク消弧室３４内
のスプリッタプレート４０の外側スタック３８に向かっ
て移動する。同時に、アーク７７は、他方の接触子パッ
ド３０から離れて可動接触子アーム２８の先端に移動す
る。
【００２２】アーク７７は、固定接触子１７に沿って外
側スタック３８にある頂部スプリッタプレート４０に伝
達する。このアークは外側スタック３８内の隣接するス
プリッタプレート４０間の垂直ギャップ間に掛け渡され
る。最終的に、アーク７７は、アークの他端が内側スタ
ック３６内の頂部スプリッタプレート４０ａ上に移動す
る場所まで外側スタック３８を介して下降して移動す
る。
【００２３】アーク７７は、内側スタック３６内の頂部
スプリッタプレート４０ａに達したとき、固定接触子用
の他方のアーク消弧室にあるアークは、ワイヤブレイド
(wire braid)４２によって頂部スプリッタプレート４０
ａを反対側の電源端子１４にに接続することにより短絡
し、そして完全に消弧される。
【００２４】しかし、アーク７７は、その時点ではまだ
消弧されておらず、スタック３６，３８内の順次続く各
スプリッタプレート４０へ下降して伝達される。この動
作は、隣接するスプリッタプレート４０間の垂直ギャッ
プに分離した副アークが形成される。最終的に、アーク
７７は、各スプリッタプレートの間の多数のギャップに
広がり、かなり大きなアーク電圧が作り出され、そして
アークが消弧する。
【００２５】アークが隣接するスプリッタプレート４０
間に形成されると、ローレンツ力が発生して、図２に示
す矢印によって示されるように、先端部分４８及び湾曲
部分５２に沿って隣接する湾曲したエッジ部分５０から
アークが移動する。湾曲部分５２の端部にあるエッジ５
４に達すると、アークは、ギャップを飛び越えて先端部
分４８上に戻り、循環移動が繰り返される。
【００２６】アークがスプリッタプレート４０の表面を
横切って連続的に移動するので、アークの足は、スプリ
ッタプレートの全体を溶かしかつ関連する腐食を生じさ
せるほど十分長く一か所にとどまらない。こうして、装
置の寿命を長くする。
【００２７】さらに、アークの移動により、接触器は、
一定の長い時間直流を中断させることに関連してより長
い中断時間に耐えることができる。アークによって生じ
るローレンツ力は、ケーシング４４の脚部４３，４５の
間に配置された磁性鋼本体４６によって高められる。
【００２８】アークがこの磁性鋼本体４６を介して短絡
されるのを防止するために、本体４６は、図４に示すよ
うに、本体のいずれかの側面に絶縁シート（電気絶縁材
料）４９を挿入することによって、または本体４６を絶
縁体材料で被覆することによって電気的に絶縁すること
ができる。他の方法によれば、本体４６は、図５に示す
ように、２つの磁性鋼シート５１，５３から構成しても
よい。このシート５１，５３は、互いにかつケーシング
に物理的に接触しており、各シートとケーシング間、及
び２つのシート間のエアギャップは、アーク電流が本体
４６を介して流れない十分な抵抗を与える。アーク電流
が銅のケーシング４４を介して流れるのではなく少なく
とも抵抗路を流れる。
【００２９】結局、磁性鋼シート５１，５３は、アーク
の分離(splitting) 及びスピンニング(spinning)を容易
にするためにアークの足に作用するローレンツ力を最小
にする電流（自己−フィールド）集中器(current self
field concentrator) として作用する。
【００３０】図３は、本発明に包含されるアーク消弧室
８０の他の変形例を示す。この構造において、アーク８
２は、中断器ハウジング８５内に含まれるスプリッタプ
レート８４の単一スタックの中間点にある室８０に入
る。特に、アーク８２は、固定接触子８６と可動接触子
８８の間に形成される。この固定接触子８６は、下方の
アークランナー９０と一体となって、単一構造体を形成
し、そこで、下方のアークランナー９０はスプリッタプ
レート８４のスタックの下方に伸びている。上方のアー
クランナー９２は、可動接触子８８から分離して隣接
し、かつスプリッタプレート８４のスタック上方に伸び
ている。
【００３１】各スプリッタプレート８４は、図１，図２
に示す実施形態のスプリッタプレート４０と構造におい
ては同一である。特に、各スプリッタプレート８４は、
２つの接触子８６，８８に対面する側に、閉じた湾曲エ
ッジを備えるＵ形状のケーシング４４を有しており、Ｕ
形状のケーシング内には磁性鋼本体９４が配置されてい
る。
【００３２】第２の変形例では、各本体９４は、関連す
るスプリッタプレート８４のループ内にある開口５５に
対応して大きさが決められるとともに整合した、貫通孔
９６を有する。２つのアークランナー９０，９２は、そ
れぞれ、同様に整合した開口９８，９９を有する。
【００３３】その結果、中央通路１００は、スプリッタ
プレート８４及び本体９４のスタックを介して作られて
いる。この中央通路１００は排気通路１０２，１０４内
に開いており、これらの排気通路はスプリッタプレート
８４の上側及び下側の接触器ハウジング８５内に形成さ
れている。
【００３４】多くの適用において、排気通路１０２，１
０４は、外部物体が接触器の電気導電部材と接触するの
を防止するためにスクリーン等の適当な保護物を用いて
ハウジング８５の外側に直接換気を行うことができる。
【００３５】他の応用、例えば、騒音が重要となる軍用
の装備などでは、マフラ１０６，１０８が排気通路１０
２，１０４の出口開口に取付られる。各マフラ１０６，
１０８は、単シリンダの内燃エンジンに用いられるもの
と同一の構造で、例えば、米国、ウイスコンシン、スタ
ウトンにあるネルソン マフラ社によって製造されたマ
フラを用いることができる。構造上は、エンジン用マフ
ラとして使用するものも同様であり、バッフル作用と排
気ガスのエア通路を伸長させることにより、アークによ
り生じた音を弱め、消弧室内のエア動きを邪魔しないよ
うにマフラを通る十分なエアの流れを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うアーク消弧室を含む直流接触器の
部分的に切り欠いて見た断面構成図である。
【図２】図１の２−２線に沿って見た消弧室の断面図で
ある。
【図３】本発明に従う消弧室の他の実施形態を示す断面
図である。
【図４】本発明に従うスプリッタプレートの分解斜視図
である。
【図５】スプリッタプレートの他の実施形態を示す斜視
図である。
【符号の説明】 １０ 接触器 １５，１７ 固定接触子 ２８ 可動接触子アーム ４０ スプリッタプレート ４３，４５ 脚部 ４４ ケーシング ４６ 本体 ４８ 先端部分 ５０ エッジ部分 ５２ 湾曲部分 ５６ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ヘマント クマール モディー アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53045 ブルックフィールド ウエスト リバー バーチ ドライブ 17425 (72)発明者 ジェームズ クレイトン バンダー メー ル アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53045 ブルックフィールド ランズドーネ シ ーティー． 920 (72)発明者 スロボダン クルスティック アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53045 ブルックフィールド ベッドフォード ドライブ 17730

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに対面配置された主表面を有する電気
    導電材料から形成され、各々が１つのギャップを備える
    オープンループを形成する複数のスプリッタプレート(4
    0)を含み、 前記複数のスプリッタプレート(40)の隣接するプレート
    間に導かれたアークが、消弧される前に前記オープンル
    ープの回りを移動することを特徴とする電気アーク消弧
    装置。
  2. 【請求項２】各スプリッタプレート(40)は、 アークを受けるエッジ部分(50)を有する第１部分(48)
    と、 この第１部分(48)と近接しかつ前記オープンループを形
    成するために湾曲している第２部分(52)とを含むことを
    特徴とする請求項１記載の電気アーク消弧装置。
  3. 【請求項３】第２部分は、ギャップ(56)を形成するため
    に第１部分(48)から離れている端部を有することを特徴
    とする請求項２記載の電気アーク消弧装置。
  4. 【請求項４】複数のスプリッタプレート(40)のそれぞれ
    が隣接するプレート間に導かれるアークは、消弧される
    前に、前記ギャップ(56)を飛び越えてオープンループの
    回りを繰り返し移動することを特徴とする請求項３記載
    の電気アーク消弧装置。
  5. 【請求項５】各スプリッタプレート(40)は、エッジ部分
    (50)に連結した主表面を有する一対の離間した横部分(4
    3,45) を有するケーシング(44)を含み、前記各横部分(4
    3,45) は、ギャップ(56)を有するオープンループを形成
    するためにエッジ部分(50)から伸びていることを特徴と
    する請求項１記載の電気アーク消弧装置。
  6. 【請求項６】離間した横部分(43,45) の各々は、 エッジ部分(50)と隣接してこのエッジ部分から伸びてい
    る先端部分(48)と、 この先端部分と隣接してこの先端部分から湾曲して伸び
    てオープンループを形成し、かつギャップ(56)を形成す
    るために前記先端部分(48)から離れた端部(54)を有する
    湾曲部分(52)とを含むことを特徴とする請求項５記載の
    電気アーク消弧装置。
  7. 【請求項７】ケーシング(44)のエッジ部分(50)は、横部
    分(43,45) から離れて湾曲する凸形状を有していること
    を特徴とする請求項５記載の電気アーク消弧装置。
  8. 【請求項８】各スプリッタプレート(40)は、離間した横
    部分(43,45) 間に配置した磁気材料の本体(46)を含むこ
    とを特徴とする請求項５記載の電気アーク消弧装置。
  9. 【請求項９】本体(46)は、鋼製であり、ケーシング(44)
    は、銅製であることを特徴とする請求項８記載の電気ア
    ーク消弧装置。
  10. 【請求項１０】各スプリッタプレート(40)は、本体(46)
    とケーシング(44)の間に配置された電気絶縁材料(49)を
    含んでいることを特徴とする請求項８記載の電気アーク
    消弧装置。
  11. 【請求項１１】本体(46)は、互いに接触しかつ離間した
    横部分(43,45) 間に配置された複数の鋼製シート(51,5
    3) を含んでいることを特徴とする請求項８記載の電気
    アーク消弧装置。
  12. 【請求項１２】複数のスプリッタプレート(40)の回りに
    配置されるハウジング(85)をさらに含み、このハウジン
    グ(85)は、アークからのガスがハウジングから排出され
    る開口(98,99) を有していることを特徴とする請求項１
    記載の電気アーク消弧装置。
  13. 【請求項１３】ハウジング(85)内のアークによって生じ
    る音を弱めるために、開口(98,99) に連通するマフラ(1
    06,108) をさらに含んでいることを特徴とする請求項１
    ２記載の電気アーク消弧装置。
  14. 【請求項１４】複数のスプリッタプレート(40)は、アー
    クからのガスが開口(98,99) に流れるための孔(96)を有
    していることを特徴とする請求項１２記載の電気アーク
    消弧装置。
  15. 【請求項１５】電気回路を完成するために互いに選択的
    に係合する第１，第２の接触子(17,28) を有する形式の
    電流切換装置のための電気アーク消弧装置であって、 前記第１，第２の接触子(17,28) に隣接配置され、かつ
    電気導電材料で作られる複数のスプリッタプレート(40)
    を含み、 この各プレート(40)が、磁気材料の本体(46)と、この本
    体の両側に配置されてエッジ部分(50)によって接続した
    一対の平坦部分(43,45) とを備え、前記第１，第２の接
    触子(17,28) に隣接するケーシング(44)を有し、 前記各平坦部分(43,45) は、ギャップを有するオープン
    ループをなして前記エッジ部分(50)から伸びており、前
    記複数のスプリッタプレート(40)の隣接するプレート間
    に導かれたアークが、消弧される前に前記オープンルー
    プの回りを移動することを特徴とする電気アーク消弧装
    置。
  16. 【請求項１６】平坦部分(43,45) の各々は、 エッジ部分(50)と隣接してこのエッジ部分から伸びてい
    る先端部分(48)と、 この先端部分(48)と隣接してこの先端部分から湾曲して
    伸びてオープンループを形成し、かつギャップ(56)を形
    成するために前記先端部分(48)から離れた端部を有する
    湾曲部分(52)とを含むことを特徴とする請求項１５記載
    の電気アーク消弧装置。
  17. 【請求項１７】電気導電材料からなり、かつ離間配置さ
    れるとともにエッジ部分(50)によって連結された２つの
    横部分(43,45) を有し、 この横部分(43,45) の各々が、ギャップ(56)を有するオ
    ープンループをなしてエッジ部分(50)から伸びているこ
    とを特徴とする電気アーク消弧用のスプリッタプレー
    ト。
  18. 【請求項１８】２つの横部分(43,45) の各々は、 エッジ部分(50)と隣接してこのエッジ部分から伸びてい
    る先端部分(48)と、 この先端部分(48)と隣接してこの先端部分から湾曲して
    伸びてオープンループを形成し、かつギャップ(56)を形
    成するために前記先端部分(48)から離れた端部を有する
    湾曲部分(52)とを含むことを特徴とする請求項１７記載
    の電気アーク消弧用のスプリッタプレート。
  19. 【請求項１９】横部分(43,45) 間に配置した磁気材料の
    本体(46)をさらに含むことを特徴とする請求項１７記載
    の電気アーク消弧用のスプリッタプレート。
  20. 【請求項２０】スプリッタプレート(40)上に電気アーク
    を導き、 電気アークが消弧されるまで、前記スプリッタプレート
    (40)上の巡回径路を電気アークが繰り返し移動するよう
    に電界及び磁界を相互作用させる、各ステップを有する
    ことを特徴とする電気アークの消弧方法。
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