JPS5846539A - 回路しや断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回路しゃ断器に関するものであり、特にしゃ
断時における限流性能を向上させた回路しゃ断器に関す
るものである。

第１図（ａ）は一般的な回路しゃ断器を示す断面平面図
であり、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の線−ｍ−におけ
る側断面図である。

図において、（１）は絶縁体より形成されて回路しゃ断
器の外枠を構成する包囲体、（２）は固定導体（ｇｅｔ
）の先端部に固定液ａ　（２０２）を固着した固定接触
子、（３）は可動導体（８０１）の先端部に可動接点（
８０２）を固着した可動接触子、（４）は可動接触子（
３）を動作させる漁作機構部、（５）は消弧板、四は包
囲体（１）に形成さ・・れた排気孔であり、Ａは両接点
（２０２）。

（８０２）間に発生するアークを示す。

上記構成の回路しゃ断器において、今、可動接点（８０
２）と固定接点（２０２）とが閉成していると、電瀝は
固定導体（２０１）→固定筆点（２０２）−可動接点（
８０２）→可動導体（ｇｏｔ）の経路で流れ葛。

この状態において、短絡電流など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（８０
２）を固定接点（２０２）から開離させる。この時、固
定接点（２Ｇ２）と可動接点（８０２）間にはアークＡ
が発生し、固定接点（２０２）と可動接点（８０２）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（８０２）の開離距離が増大
するにしたがって上昇する。また、同時にアークＡが消
弧板（５）の方向へ磁気力によって引き付けられ伸長す
るために、アーク電圧はさらに上昇する。

このようにして、アーク電流は電流零点を迎えてアーク
Ａを消弧し、しゃ断が完結する。このようなしゃ所動作
中において２．１．可動接点（８０２）と固定接点（２
０２）との間には、アークＡによって短時間、すなわち
数ミリ秒の内に大量のエネルギが発生する。そのために
、包囲体（１）内の気体の温度３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（１
０１）から大気中に放出される。

回路しゃ断器およびその内部構成部品は、そのしゃ断に
際して上記のような動作をするが、つぎに固定接点（２
０２）と可動接点（８０２）との動作についてと（に説
明する。一般にアーク抵抗Ｒはつぎのような式で与えら
れる。すなわち、 −ｐｌ ただ（、Ｒ：アーク抵抗ψ） ｐ：アーク抵抗率（Ω・ｃｌｌ） ｌ：アーク長さく３） Ｓ：アーク断面積ＣＣｄ　’） ところで、一般に数ＫＡ以上の大電流でかつアーク長さ
ｌが６０−以下の短かいアークＡにおいては、アーク空
間は金属粒子によっ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接点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
時においては接点の金属の沸点近くの温度を有し、さら
にアーク空間に注入されるや否や電気的エネルギの注入
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したがっ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およびアーク断
面積Ｓは、この金属粒子の発生量とその放出方向によっ
て定まる。したがって、アーク電圧もこのような金属粒
子の挙動によって、決定されているものである。つぎに
、このような金属粒子の挙動を第２図を用いて説明する
。

第２図において、（２０２）は固定接点、（８０２）は
可動接点常水し、また接点（２０２）、　（８０２）の
それぞ向する面であり、接点（２０２）、（８０２）の
それぞれのＹ面は対向するＸ面以外の接点表面および導
体表面の一部を示す。また、図中、一点鎖線で示す輪か
くｚは接点（２０２）、　（８０２）　、間に発生すル
７−りＡの外かくを示し、さらに、金属粒子ａおよび金
属粒子すは、接点（２０２）、（８０２）のＸ面および
Ｙ面から蒸発など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
および矢印ｎによって示した各流線の方向である。

このような接点（２０２）、　（８０２）から放出され
た金属粒子ａ、ｂは、アーク空間のエネルギによって導
体金属の沸点温度である約ａ、ｏ　ｏ　ｏ’ｃ程度から
、導電性を帯びる温度、すなわち８９００’０以上、ま
たはさらに高−の２０．００　ｆＣ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量は、金属粒子の昇温の程度が大
きい＆ネど大量＜、その昇温の程度は、接点（２０２）
、（８０２）から発した金属粒子ａ、ｂのアーク空間に
おける１位置および放出経路によって定まる。

ところが、第２図に示す従来の回路しゃ断器においては
、対向面Ｘ面の中心付近から発する金属粒子ａはアーク
空間より大量のエネルギを奪い去るが、しかし、接点表
面および導体表面の一部Ｙ面から発する金属粒子すは金
属粉子ａに比べてアー“り空間から奪い去るエネルギ量
は少ない。すなわ゛ち、金属粒子ａの流れる範囲におい
ては大量のエネルギを奪ってアーク空間の温度を下げ、
。したがってアーク抵抗率ｅを増大させるが、金属粒子
すの流れる範囲においては大量エネルギを奪わないため
に、アーク空間の温度の低下も少なく、シたがってアー
ク抵抗率ｐ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
も増大してアーク抵抗も低下する。

このような金属粒子によるアーク空間からのエネルギの
流出は電気的注入エネルギとつり合っているのであるか
ら、仮に接点間に発生する金属粒子のアーク空間への注
入量を増大させればアーク空間の温度が大きく低下し、
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と考えられる。

一方、従来の接点導体の他の大きな欠点は、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、この熱によって融点の低い接合部材が溶融し、接点
脱落を起こす危険性があった点である。

この発明は、上記従来の欠点を改善するためになされた
もので、開閉動作を行なう一対の接触子の各導体上に、
繊維状もしくは鱗片状の無機質基材の少なくとも１種と
樹脂結合材とからなる電気絶縁物質にて形成された圧力
反射体を、接点の外周を取り囲むように配設することに
より、高いアーク電圧を有し且つしゃ断時の限流性能が
よく、しかも接点の脱落のおそれのない回路しゃ断器を
提供することを目的としている。

以下この発明の実施例を図面に基づいて説明する。第８
図（ａ）はこの発明に係る回路しゃ断器の一実施例を示
す平断面図であり、第８図（ｂ）は第８図ωの線す、−
ｂ、における側断面図である。第８図（ａ）　。

１１ｈ （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（ｇｏｔ）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（ｇｏ’ｔ）と、固定接点（２０２）に相
対して可動導体（８０１）の一端部に取付けられた可動
接点（８０２）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（ＳＯＷ）が固定接点（＋０２）か
ら開離する時に生じるアークを消弧するものである。（
ａ）　、　（７）は、それぞれ両液触子（２）　、　（
３）の導体（２０１）、（８０１）上に配設された板状
の圧力反射体であり、繊維状もしくは鱗片状の無機質基
材の少なくとも１種と樹脂結合材とからなる電気絶縁物
質；こて形成され、互いに対向するように、かつ各接点
（２０２）、　（，３０２）を取り囲むように設けられ
ている。

今、可動接点（８０２）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（８０２）→可動導体（８０１）へと
、電源側から負荷側に流れる。この状態において、短絡
電流など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（８０２）を固定接点（２０
２）から開離させる。このとき、固定接点（２０２）と
可動接点（８０２）間にアークＡが発生する。

このアークＡにおいては第４図で示すように、圧力反射
体（６）　、　（７）によって金属粒子が反射され、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。

以下、上記第８図で示すようなこの発明の回路しゃ断器
の線点間の挙動について、第４図にしたがって説明する
。

すなわち、空間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、しかし少なくとも、
圧力反射体（６）　、　（７）が設けられていない場合
に比べて、圧倒的に高い値を示す。したがって、圧力反
射体（６）　、　（７）によって生じた相当に高い圧力
をもつ周辺空間Ｑは、アーク＾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などの流線ｍ、ｏをアーク空間にしぼり
込み閉じ込め、る゛ことになる。よって、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−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
ルギを奪い去るため、アーク空間を著しく冷却する。し
たがって、抵抗率ｅ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、この圧力反射体の存在により、アークＡの足はＹ
面へ拡大しにくくなり、接点（２０２）、　（８０２）
と導体（２０１）、（８０１）との接合部にアークの足
が触れなくなって、結果として接点脱落も防止される。

さらに、この発明における圧力反射体は繊維状もしくは
鱗片状の無機質基材と樹脂結合材とからなる電気絶縁物
質にて形成されているため、高温のアーク発生時、温度
上昇によって含浸された樹脂成分が熱分解して分解ガス
を発生する。この分解ガスの発生に伴なうエネルギ消費
により、アークはエネルギを奪われて冷却される。また
、分解ガスが発生するために圧力反射体の表面の圧力は
上昇し、アークの絞り込みの効果が促進され、さらに圧
力反射体にこの圧力が加わることにより、可動接触子の
開極速度を上げることができる。このように、この発明
の回路しゃ断器では、圧力反射体自体の効果にその構成
材料特有の効果が加わって、アーク電圧をいっそう大き
く上昇させることができる。

これに対して、圧力反射体が樹脂成分のみで形成されて
いる場合は、熱分解にて発生する分解ガスの作用によっ
て限流性能面に関しては良好な結果が得られる。しかし
ながら、樹脂成分のみでは、耐熱性と機械的強度が不十
分であり、しかもアーク発生の繰り返しで圧力反射体そ
のものの消耗が著しく、劣化してついには消失するとい
う寿命面での問題があるとともに、熱分解時に多量の炭
素質成分を析出することによってアークしゃ断後のメグ
耐圧の低下をきたすなどの問題がある。

また、圧力反射体がセラミックなどの硬質無機材料で形
成されている場合は、融点が高いことから耐熱性や耐弧
性が良好で、高温時の絶縁性や耐消耗性にも優れる。し
かしながら、硬質であることから、アーク発生時の強大
なアーク内圧ならびに開閉動作に伴なう機械的な衝撃で
破損し易い欠陥があり、また樹脂の分解ガスによるアー
クの冷却効果、絞り込み効果、開極速度の促進効果など
も望めない。

この発明における圧力反射体では、樹脂成分がガス化し
ても、繊維状もしくは鱗片状の無機質基材が残存して原
形を保つため、既述した圧力反射体自体の機能は存続し
てしゃ断性能の信頼性が得られる。また、樹脂成分の炭
化の程度も少なく、その間に大きな形状の無機質基材が
介在して炭素質成分相互の連続が断たれることから、ア
ークしゃ断後のメグ耐圧の低下も生じない。゛さらに、
大きな熱的および機械的衝撃に対しても、繊維状もしく
は鱗片状の無機質基材が補強材やバッキング材として作
用して瞬間的な衝撃を吸収する一゛ため、圧力反射体の
破損に至ることがほとんどなくなる。

繊維状の無機質基材としてはたとえばガラスファイバー
、セラミックファイバー、アスベストウールなどが挙げ
られ、また、鱗片状の無機質基材としてはマイカ粉末な
どがあり、これらは２種以上を併用してもよい。一方、
樹脂結合材としては、たとえばエポキシ系、ポリエステ
ル系、フェノール系、ドリル系、メラミン系などの樹脂
が挙げられる。さらＭト、このような材料は、安価であ
るとともに、加工性が良好であって、型抜きなども容易
であり、したがって任意形状の圧力反射体を形成できる
。

なお、上記実施例では圧力反射体（６１、（７）を板状
と□しているが、第６図（ａ）の側面図ならびに第５図
ら）の平面図で示すように、接触子１２１　、　（３）
の導体（２０１）、（８０１）の先端部を被包する形状
としてもよい。

また、この発明では、圧力反射体の少なくとも一方に接
点に端を発してこの接点から遠ざかる方翫 向へ延び、かつ圧力反射体よりも導電性の亮いアーク走
行路を形成してもよい。このようなアーク走行路の存在
により、アークの足がアーク走行路を伝って素早く移動
し、消弧板にアークが触れて冷“却され易くなり、しゃ
断性能がいっそう向上する。

第６図（ａ）は上記アーク走行路を形成した圧力反射体
（６１、（７）の一実施例の側面図、第６図ＱＩ＋）は
その平面図、第６図（ｃ）は第６図（ａ）のＣ４−Ｃ１
断面を示す。

この実施例では、アーク走行路は圧力反射体（６）。

（７）に導体（２０１）、（８０１）表面が露出する溝
（６０１）。

（７０１）を設けることによって形成されている。

第７図（ａ）は上記アーク走行路を形成した圧力反射体
（６１、（７）の他の実施例の側面図、第７図（ｂ）は
その平面図、第７図（ｃ）は第７図（ａ）のＣｆ１−Ｃ
２断面図を示す。この実施例では、アーク走行路が導体
（２０１）（８０１）の凸部（８０１）、（９０１）に
より形成されていて、導体表面が圧力反射体（６）　、
　（７）の表面よりも高く突出しており、前記第６図の
溝（６０１）、（７ｏ１）を設けたものに比較してアー
クＡの足の移動が速くなって、しゃ断性能はさダに高ま
る効果がある。

以上のように、この発明によれば、圧力反射体によって
アーク空間が効果的に冷却されて消弧性能が高まるとと
もに接点脱落も防止され、しかも圧力反射体の樹脂成分
の分解ガスによってアークの冷却効果となり絞り込み効
果および開極速度の向上効果が得られ、また圧力反射体
は繊維状もしくは鱗片状の無機質基材によって、機械的
および熱的衝撃に対して強く長寿命で、かつ上記分解ガ
ス発生に伴って析出する炭素質成分が分断されてメグ耐
圧の低下も防止されるという効果が奏される。さらに、
圧力反射体にアーク走行路を形成ルた構成をとれば、し
ゃ断性能がいっそう向上する効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図（−は一般的な回路しゃ断器を示す平面図、第１
図缶）は第１図（ａ）の線ｂｌ−ｂ１における断面図、
第２図は第１図の回路しゃ断器における金属粒子の挙動
の模式的説明図、第８図Ｇ）はこの発明に係る回路しゃ
断器の一実施例を示す平面図、第８図Ｃｂ）は第８図（
ａ）の線す、−ｂ、における側断面図、第４図は第８図
の回路しゃ断器における金属粒子の挙動の模式的説明図
、第５図（ａ）は圧力反射体の他の実施例を示す側面図
、第５図（ｂ）は第５図（ａ）の平面図；第６図（ａ）
はアーク走行路を形成した圧力反射体の一実施例を示す
側面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）の平面図、第６図
（ｃ）は第６図（ａ）の線Ｃ３−Ｃ３における断面図、
第７図（ａ）はアーク走行路を形成した圧力反射体の他
の実施例を示す側面図、第７図（ｂ）は第７図（ｂ）の
平面図、第７図（ｃ）は第７図（ａ）の線Ｃ３−Ｃ２に
おける断面図である。 （２）・・・固定接触子、（３し・可動接触子、（６Ｊ
　、　（７）・・・圧力反射体、（２０１）・・・固定
導体、（２０２）・・・固定接点、（８０１）・・・可
動導体、（８０２）　・・・可動接点、（６０１）。 （７０１）溝、（８０１）、　（９０１）・・・凸部。 なお、図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　葛野信−（外１名） 第１図（ａ） 第１図（ｂ） 第２図 第４図 第３図（ａ） ／ 第３図（ｂ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体とこれに固着された接点とから構成されて開
   閉動作を行なう少な（とも一対の電気接触子を備え、上
   記一対の電気接触子の各導体上に、繊維状もしくは鱗片
   状の無機質基材の少なくとも１種と樹脂結合材とからな
   る電気絶縁物質にて形成された圧力反射体を、上記接点
   の外周を取り囲むように配設してなる回路しゃ断器。
2. （２）圧力反射体が電気接触子の先端部を被包する特許
   請求の範囲第１項記載の回路しゃ断器。
3. （３）圧力反射体が板材からなる特許請求の範囲第１項
   記載の回路しゃ断器。
4. （４）圧力反射体の少なくとも一方に、接点に端を発し
   て接点から遠ざかる方向へ延び、かつ圧力反射体よりも
   導電性の高いアーク走行路を形成してなる特許請求の範
   囲第１項、第２項または第８項記載の回路しゃ断器。
5. （５）アーク走行路が上記導体表面を露出した溝からな
   る特許請求の範囲第４項記載の回路しゃ断器。
6. （６）アーク走行路を形成する導体表面が圧力反射体の
   表面よりも突出している特許請求の範囲第６項記載の回
   路しゃ断器。