JPWO2017183679A1 - 回路遮断器の接触子装置、およびこの接触子装置を用いた回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で装置を大型化することなく、アークに働く外力増加の効果があり、転流時間の短縮が実現される構成を得る。【解決手段】固定側及び可動側に設けられた主接触子と、固定側及び可動側に設けられたアーク接触子と、消弧室の側壁とから構成されるアーク発生室を、前記消弧室に向かう方向への開放口を残して、少なくとも側面及び底面を絶縁壁で囲うようにした。

Description

この発明は、例えば電鉄変電所の保護遮断器などとして使用する直流高速度回路遮断器の接触子装置に関するもので、特に接触子間に発生したアークを速やかにアークシュートに移行させることで、遮断時間を短縮可能とした接触子装置に関する。

回路遮断器を含む電気回路に事故電流が生じた場合、事故電流による被害を軽減させるためには、事故電流の遮断時間を短縮させることが必要である。遮断時間を短縮するためには、接触子間に発生したアークを速やかにアークシュート（消弧室）内に移行させることで限流開始の時間を早め、遮断時間を短縮することが必要である。

従来の回路遮断器は、固定接点を有する固定接触子と、上記固定接触子に対して接離自在な可動接点を有する可動接触子と、両接触子間の解放によって生じたアークを消弧するアークシュートを有し、更に、固定接点と可動接点とに夫々隣接配置されてアークを各接点から移行させる一対のアークランナと、両アークランナに夫々連設されてアークを伸長させながらアークシュートに移行させるアークホーンを備えている。

このような基本構成からなる回路遮断器において、遮断性能の改善の要求は大きく、例えば特許文献１に示すように、固定接触子側のアークランナとアークホーン、及び、可動接触子側のアークランナとアークホーンは一体に形成して抵抗となる箇所をできるだけ少なくして、安定した電流遮断が実現できるとする提案がある。
また、特許文献２のように、アーク接触子両側面の遮蔽板に消弧室上部方向に向かうにつれ断面積が徐々に大きくなるテーパ状の溝を設けて、消弧室の上部方向にアークガスを流れ易くして、アークガスの下方向への流出を抑えて地絡、再点弧を防止するようにしたものがある。

一方、直流高速度遮断器は事故電流による大電流遮断性能だけではなく、小電流遮断性能も確保することが重要であり、その両立を実現させる必要がある。直流高速度遮断器において、遮断電流が小さくなると自己の遮断電流による電磁力が小さくなるためアークの駆動力が弱くなり、遮断が困難となる。このため、接触子間に発生するアークに対して空気ノズルから強制的に空気を吹付け、アークをアークシュート内へと導く必要がある。空気を吹付けることでアークをアークホーンに転流させてアークを引き伸ばすことでアーク抵抗を高め、アーク時間の短縮を図っている。

従来の直流高速度遮断器の空気ノズルは金属製の円管を塑性加工して製作している。空気ノズルから空気の吹出しは、開極時に主接触子の動作と連動させて、空気シリンダ内のピストンを圧縮方向に駆動し、これにより圧縮された空気が空気ノズルからアークに向って吹出して小電流を確実に遮断するようにしている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１４−２１６０７８号公報 特開２０１５−１３０２７７号公報 実開平２−１８２３７号公報

ところで、上記特許文献１の回路遮断器の接触子装置では、転流を高速化する構造をとっておらず、遮断時間の短縮のための処置がなされていなかった。また、当該接触子構造において転流の高速化を行うためには、外部からの磁束印加や開極速度の増加が必要であり、装置全体が大型化する問題があった。
また、特許文献２の回路遮断器の接触子装置では、遮蔽板の形状を工夫することで、上部方向へのアークガスの流れを促進する構造であるが、アークのアークランナ方向への電磁駆動力を向上させることで、転流時間を短縮する点については、触れられていない。

更に、特許文献３の空気ノズルを使用する装置では、空気ノズルが金属製のため、遮断時にこの空気ノズルから発生した鉄粉のような導電率の高い異物が生じる可能性があり、これらの異物が空気ノズルと接触子周りのアーク空間内に混入すると、通電部が導電体である空気ノズルを介して極間での短絡あるいは大地への地絡を生じる恐れがあった。このため、これを防止するために、金属製の空気ノズルと充電部となる主接触子との間に所定の絶縁距離を確保する必要があり、消弧装置が大型化するという問題があった。

また、大電流遮断性能を向上させるためには、主接触子間で発生したアークをアークホーンへと転流させる時間を短縮させ、主接触子付近のアークガス流動を上方のアークシュートの方向に向かうように誘導する必要があるが、空気ノズルから吹出す空気が空気ノズルと接触子周りのアーク空間の側方あるいは下方へ漏れる割合も高く、上方のアークシュート方向へ向かうアークガス流動を十分に得ることができなかった。このため、特に小電流遮断性能を持たせるために、所定の吹出し空気量を確保できる大きな空気シリンダが必要となり、遮断器が大型になるという問題もあった。

遮断時間を短縮させるための手法について全体的に考察してみると、次の３つの手法があげられる。
第一の手法は、開極時に接触子間に発生するアークのアークランナ方向への電磁駆動力を向上させることで、アークを速やかにアークランナおよびアークシュートに移行させ、転流時間を短縮させる手段である。アークは気中での放電現象であり、電流が流れているため、外部からの磁界によりアークの電流方向と磁束方向との外積方向にローレンツ力を受ける。ローレンツ力を受けたアークは、力のはたらく方向に移動し、移動先のアークランナにて放電を開始し、アークシュートへと移行した後に消弧へと至る。これまで、接触子間のアークに磁束を与える方法として、接触子近傍に永久磁石や主回路電流生起の電磁石等を設ける手法が取られてきたが、装置が複雑化する問題があった。

第二の手法は、接触子からアークランナへのガス流動を向上させる手法である。アークは高温であるため、アークの発生中に電極を始めとする周囲の構造物を溶融させ気化させる性質を持つ。ゆえに、通電中に接触子が開離してアークが発生すると、接触子を溶融させることで接触子間の圧力が高くなり、アークシュート上端および接触子を覆うモールドの開口部へとガス流動が生じる。接触子からアークシュート以外への開口部の流路を塞ぐことで、アークシュート方向へのガス流動を高めることが可能となる。しかし、アークに働く力は主に電磁駆動力とガス流動による外力であるため、これらの力の大きさと方向を制御するためには、複雑、高価な装置を必要としていた。

第三の手法は、可動接触子から可動側のアークランナまでの距離を短くする手法である。接触子間で発生したアークの端部は、接触子片の上端まで移動し、接触子片とアークランナの空間距離が短くなった場合にアークランナへと移行する。ゆえに、可動接触子から可動側のアークランナまでの距離は短い方が転流時間短縮に効果的といえる。当該距離を短くする手法として、可動接触子の上端部を延長させ開極速度を増加させる手法が存在するが、この場合、開極操作力の増加により装置が大型化する問題があった。

この発明は、従来技術及び上記第一から第三の方法全ての問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で接触子間アークを速やかにアークランナヘ移行させてアークの転流時間を短縮することが可能な回路遮断器の接触子装置を提供することを目的とするものである。
この発明は、また、小電流遮断時あるいは大電流遮断時における遮断性能を確保しながらも、小型化が可能な回路遮断器の接触子装置を提供することを目的とする。

この発明に係る回路遮断器の接触子装置は、固定側及び可動側に設けられた主接触子と、固定側及び可動側に設けられたアーク接触子と、前記固定側主接触子と可動側主接触子、前記固定側アーク接触子と前記可動側アーク接触子から構成されるアーク発生室を、前記消弧室に向かう方向への開放口を残して、少なくとも側面及び底面を絶縁壁で囲ったことを特徴とする。

この発明によれば、上記両主接触子と上記両アーク接触子とから構成されるアーク発生室を、消弧室に向かう方向への開放口を残して、少なくとも側面及び底面を絶縁壁で囲った構成としたので、アーク接触子からアークランナまでのガス流路をガス漏れによる損失が少ない高効率なもので形成でき、これにより、ガス流動による外力を増大させることで、アークのアークランナへの移動が促進され、転流時間の短縮を実現できるものである。

更に、上記固定側接点と上記可動側接点との間の空間に向って空気を吹き付ける空気ノズルを備えた直流高速度遮断器においては、従来の空気ノズル式直流高速度遮断器に比べて、吹付け用空気供給装置の小型化が可能になると共に、アークに効率良く空気を吹付けることが可能となるため、小電流遮断時あるいは大電流遮断時における遮断性能を確保しながらも、小型化を実現することができる。

本発明の実施の形態１を示す直流高速度遮断器の側断面図で、閉極状態における図である。 本発明の実施の形態１を示す直流高速度遮断器の側断面図で、開極状態における図である。 図２の開極状態における遮断部の拡大構造を示す側断面図である。 図３のＡ−Ａ方向に見た断面図である。 図３のＢ−Ｂ方向に見た断面図である。 図４のＣ−Ｃ方向に見た側断面図であり、アーク発生室の密閉のイメージを説明する図である。 この発明の実施の形態１の空気ノズルを示す平面図である。 図７の側面図である。 図７の正面図である。 図７の後面図である。 図７のＤ−Ｄ方向に見た側断面図である。 図７のＤ−Ｄ方向に見た側断面図であり、通気孔の各断面位置を示す図である。 図１２のＥ方向に見た平面図である。 図１２のＦ−Ｆ方向に見た断面図である。 図１２のＧ−Ｇ方向に見た断面図である。 図１２のＨ−Ｈ方向に見た断面図である。 図１２のＪ−Ｊ方向に見た断面図である。 この発明の実施の形態２の空気ノズルを示す平面図である。 この発明の実施の形態３の遮断部の構造を示す側断面図である。 本発明の実施の形態４を示す接触子装置の側面図で、開極状態におけるアークに働くガス流動を説明する図である。 本発明の実施の形態４を示す接触子装置の側面図で、閉極状態における図である。 本発明に係るアーク接触子のアークに働く電磁駆動力を説明するための斜視図である。 実施の形態４の可動側接触子の組立を説明するための部品展開図である。 実施の形態４の固定側接触子の組立を説明するための部品展開図である。 実施の形態４の可動接触子の要部を拡大して示した平面図である。 実施の形態４の接触子モールド及び遮蔽板の構成を示す斜視図である。 図２３に示す可動接触子の構成のうち、可動側アーク接触子とアーク接触子ガイドを示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１から図１７に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図１及び図２は、この発明を実施するための実施の形態１における直流高速度遮断器の全体構成を示すものである。図１は、この発明の実施の形態１に係わる直流高速度遮断器における接点閉合状態（運転状態）を示す側断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる直流高速度遮断器における接点が開離動作中（遮断動作中）の状態を示す側断面図である。

まず、図１、図２により直流高速度遮断器の構成について説明する。図１において、直流高速度遮断器１０１は、通常の運転状態（接点閉合状態）においては、消弧空間が形成された消弧室１０２の下部に配置された上部導体１０３とその下側に配置された下部導体１０４との間を、上部導体１０３に接続された固定側接点１０５と下部導体１０４に可撓導体１０６ａを介して接続した可動子１０６の一端に装着された可動側接点１０７とを接触させ、可動子１０６を介して上部導体１０３と下部導体１０４の間に電流を通電するように構成している。

固定側接点１０５及び可動側接点１０７は消弧室１０２下部の内側に収納されるように配置されている。また、固定側接点１０５及び可動側接点１０７の上部には遮断時にアークＫが発生するアーク接触子が配置されており、このアーク接触子は固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９によって構成されている。

また、前記可動子１０６は回転軸１１０により回動可能に支持され、また操作機構部１１１に連結されており、直流高速度遮断器１０１を図２の開極状態から運転状態にするために可動側接点１０７を固定側接点１０５方向に向けて動作させる時には、前記操作機構部１１１によって前記回転軸１１０を回動支点として反時計方向に回動され、図１に示す固定側接点１０５と可動側接点１０７の閉合位置まで駆動される。１１２はラッチであり、固定側接点１０５と可動側接点１０７の閉合位置において前記可動子１０６の他端と係合して、前記可動子１０６をこの閉合位置（運転位置）に保持する。１１３は引外しばねであり、前記可動子１０６とフレーム１１４との間に装着されており、前記可動子１０６の反時計方向への回動によりエネルギーが蓄勢され、固定側接点１０５と可動側接点１０７の閉合位置（運転状態）において、前記可動子１０６を時計方向（すなわち遮断方向）に向けて回動するように付勢する。

また、１１５は過電流検出器であり、下部導体１０４に流れる電流が所定値を超えた場合に動作する。１１６はラッチ解除機構であり、前記過電流検出器１１５の動作により駆動されて、前記ラッチ１１２と前記可動子１０６の他端との係合を解除するように動作する。１１７は消弧室１０２の下部に装着された絶縁物製の空気ノズルである。空気ノズル１１７は、エポキシあるいはポリエステル等の固体絶縁物にてブロック状に成形した部材であり、内部を貫通した通気孔１１７ａを有している。この空気ノズル１１７の構造の詳細は後述する。１１８は空気シリンダであり、前記可動子１０６と連結された駆動リンク１１９により駆動されるピストン１２０を内蔵している。図１においてピストン１２０は左右方向にスライド動作をし、右方向へのスライドにて圧縮動作となり、この圧縮動作にて加圧された空気を送気管１２１を介して前記空気ノズル１１７の通気孔１１７ａに送るようにしている。

固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９は、開極動作において、固定側主接点１０５及び可動側主接点１０７の開離動作の後に、少し遅れて開離するように構成しており、アークＫは固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９の間に発生する。このようにして、アークＫが固定側主接点１０５及び可動側主接点１０７の間で発生することを防止することで、固定側接点１０５及び可動側接点１０７がアークＫの熱によって溶損しないように保護している。

固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９の上部には、発生したアークＫを消弧室１０２内の上部へと導くために、発生したアークＫを転流させるためのアークホーンが配置されており、アークホーンは固定側アークホーン１２２と可動側アークホーン１２３によって構成されている。固定側アークホーン１２２と可動側アークホーン１２３は、固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９に各一端を配置し、消弧室１０２の上方に向うに従って、固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９の各他端が消弧室１０２の前後方向に向かって互いに離れるように、斜め上方に向うように配置している。

また、消弧室１０２の上側には、前記固定側アークホーン１２２及び前記可動側アークホーン１２３の延長方向（すなわち消弧室１０２の前後方向）に沿って薄板状の磁性体からなるグリッド１２４を複数配列したグリッド集合体１２５を配置している。アークＫがグリッド集合体１２５に到達し、このグリッド１２４の存在によって発生する電極降下電圧及びアークＫの長さを延長することによって高まるアーク電圧を利用して、アーク電流を限流して遮断するようにしている。また、グリッド集合体１２５の上部側にはアークガスを消弧室１０２の外部へ排気するための排気口１２６を設けている。

図２はこの発明の実施の形態１に係わる直流高速度遮断器１０１における接点が開離動作中（遮断動作中）の状態を示す側断面図である。例えば、運転状態において事故などにより所定の電流値以上の大電流が流れると、過電流検出器１１５が大電流を検知し、ラッチ解除機構１１６を介してラッチ１１２と可動子１０６の係合を解除する。その結果、引外しばね１１３によって可動子１０６が回転軸１１０を支点として時計方向（遮断方向）に駆動されるため、まず固定側主接点１０５と可動側主接点１０７が開離し、次いで、固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９が開離しアークＫが発生する。

前記可動子１０６が時計方向（遮断方向）へ回動するのに伴い、前記可動子１０６に連結された駆動リンク１１９を介して空気シリンダ１１８の内部のピストン１２０が、図２において右方向に駆動される。この動作によって圧縮された空気が送気管１２１を介して空気ノズル１１７に送気され、空気ノズル１１７内の通気孔１１７aを通り、固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９間に生じたアークＫに向って下方から上方に向う空気流を吹き付ける。この空気流により、アークＫは上方に駆動されて固定側アークホーン１２２及び可動側アークホーン１２３に移行する。

次いで、図３から図６にてアークＫへ空気の吹付けを行う構造について説明する。図３に直流高速度遮断器の心臓部である遮断部１３０の構成を示す。遮断部１３０は、消弧室１０２の下部、固定側接点１０５、固定アーク接触子１０８、可動子１０６、可動側接点１０７、可動側アーク接触子１０９、空気ノズル１１７、固定側アークホーン１２２、可動側アークホーン１２３にて構成している。
この遮断部１３０の特徴は、上部の消弧室１０２内と連通する上部開放口１３２（固定側アークホーン１２２と可動側アークホーン１２３の間の空間）を除いて、固定側アークホーン１２２、可動側アークホーン１２３、及び絶縁壁とによって囲うことで、その内部が周囲から隔離された形でアーク発生室１３１を構成し、アーク発生室１３１内で発生したアークＫに対して下部から上方に向けて空気を吹き付けて、上部開放口１３２からアークＫを上部の消弧室１０２内に駆動するように構成した点にある。

図３においては、下部の空気ノズル１１７と、右側の可動側アークホーン１２３と、左側の固定側主接点１０５、固定アーク接触子１０８と固定側アークホーン１２２とで囲まれた空間が遮断部１３０を構成する。
また、図４は図３のＡ−Ａ方向に見た構造を示す。空気ノズル１１７の可動子貫通孔１１７ｃ内を上下方向に貫通して可動子１０６が配置されており、空気ノズル１１７の上部両側には可動子１０６の両側を挟むように消弧室１０２の下部の絶縁物製の側壁１０２ａが配置されている。

上記空気ノズル１１７の可動子貫通孔１１７ｃの内壁と可動子１０６の両側との間の隙間は必要最小限の寸法としており、また消弧室１０２の下部の側壁１０２ａと可動子１０６の両側との間の隙間も必要最小限の寸法としている。図４において、可動子１０６の手前側の縦方向に長くかつ狭い空間がアーク発生室１３１を構成する。このようにアーク発生室１３１の少なくとも側面及び底面を絶縁壁で囲う構成としたため、空気ノズル１１７の可動子貫通孔１１７ｃと可動子１０６間の隙間から下方に漏れる空気流は、わずかな量に制限することが出来る。

また、図５は図３のＢ−Ｂ方向に見た構造を示す。図において空気ノズル１１７の可動子貫通孔１１７ｃの上端の位置に固定側接点１０５及び固定側アーク接触子１０８が配置されており、空気ノズル１１７の上部両側には固定側接点１０５及び固定側アーク接触子１０８の両側を挟むように消弧室１０２の側壁１０２ａが配置されている。消弧室１０２の側壁１０２ａと可動子１０６との間の隙間は必要最小限の寸法としている。図５において、固定側主接点１０５及び固定側アーク接触子１０８の手前側の狭い空間が、上記図４の説明と同様に、アーク発生室１３１を構成する。
また、図６は、図３の構成に対応するもので、密閉構造のアーク発生室１３１における、上部開放口１３２を除いた密閉構造のイメージを説明する図である。

次に、図７から図１１にて空気ノズル１１７の構造を説明する。図７は絶縁ブロック状の空気ノズル１１７を示す平面図である。図において、１１７ａは内部を貫通した通気孔、１１７ｂは通気口１１７ａからの空気が吹き出すノズル（すなわち空気吹出口）、１１７ｃは可動子１０６が空気ノズル１１７を貫通して配置するための可動子貫通孔である。
１１７ｄは、空気ノズル１１７の上面の平坦部であり、この平坦部１１７ｄが前記アーク発生室１３１の底面壁を構成する。ノズル１１７ｂは、前記空気ノズル１１７の長さ方向の軸線（断面線Ｄ−Ｄに対応）に直交する方向に向けて、前記平坦部１１７ｄの表面に細長い開口を有している。この細長い開口の形状は、長円形、長矩形、あるいは端部が多角形をした多角形状の長孔であってもよい。

また、１１７ｅは側壁保持部であり、前記平坦部１１７ｄの両側に、かつ前記平坦部１１７ｄから上方に突出するように、前記空気ノズル１１７の長さ方向の軸線（断面線Ｄ−Ｄに対応）に沿って平行に配置している。前記平坦部１１７ｄの上面に前記消弧室１０２を載置することで前記２つの側壁保持部１１７ｅの間に前記消弧室１０２の側壁１０２ａの下部が配置され、前記側壁保持部１１７ｅは、前記突出部１１７ｄの内側にて沿って配置され、前記消弧室１０２の側壁１０２ａの下部を所定位置に保持する。

図８は図７の側面図であり、空気ノズル内の通気孔１１７ａ及び可動子貫通孔１１７ｃの形状を破線で示す。通気孔１１７ａは左側端に開口を有し、他端は上方に向けてノズル１１７ｂを配置している。また、可動子貫通孔１１７ｃは、遮断動作において可動子１０６が回転軸１１０を支点に時計方向に回動しても、可動子１０６と可動子貫通孔１１７ｃの内壁との間の隙間が最少になるように、可動子１０６が図２に示すように遮断方向に動作して倒れる側を垂直ではなく斜面形状にしている。
図９は図８の正面図であり、通気孔１１７ａを示している。また、図１０は図８の後面図である。また、図１１は図７のＤ−Ｄ断面図であり、図８と同様に、空気ノズル１１７内における通気孔１１７ａ及び可動子貫通孔１１７ｃの位置及び形状を示している。

次に、図１２から図１７にて空気ノズル１１７の内部を貫通した通気孔１１７ａの構造を説明する。図１３は図１２の矢印Ｅの方向に見た図であり、ノズル１１７ｂが上方に向って開口し、またアーク発生室１３１の幅方向に細長く伸びた長孔形状に配置されていることを示している。
また、図１４から図１７は、空気ノズル１１８の内部を貫通した通気孔１１７ａの断面形状の変化を示すものであり、図１２における、断面Ｆ−Ｆ（図１４）、断面Ｇ−Ｇ（図１５）、断面Ｈ−Ｈ（図１６）、断面Ｊ−Ｊ（図１７）の各形状を示している。

このようにして、通気孔１１７ａは、送気管１２１との接続部は円形であり、長孔形状のノズル１１７ｂに至るまでに、断面形状を円形から細長形状まで連続して滑らかに変化させていることを示している。最終段階のノズル１１７ｂの位置で、アーク発生室１３１の幅方向に細長い形状とすることで、伸びたアークＫの全幅に対してむらのない空気吹付けが可能となり、アークＫを上方に向けて効率よく駆動することが可能になる。
さらに、図１８に示すように、ノズル１１７ｂをアーク発生室１３１の幅方向と同程度に広げることで、伸びたアークＫの全幅に対して確実な空気吹付けが可能となり、アークＫを上方に向けて更に効率よく駆動することが可能になる。

以上のように、この実施の形態１の構成によれば、アーク発生室１３１の底面を構成する空気ノズル１１７を導電性の材料を含まない固体絶縁物のブロックで構成したので、空気ノズル１１７と直流高速度遮断器の充電部との間は、例えば充電部と大地間に必要な絶縁距離を確保することが不要となるため、直流高速度遮断器１０１を小型化することが可能となる。

また、上部の消弧室１０２に連通する上部開放口１３２を除き、固定側アークホーン１２２及び可動側アークホーン１２３を絶縁物によって囲うことで、周囲から隔離された形でアーク発生室１３１を構成できるので、側部あるいは下部方向への空気などのガス漏洩を大幅に低減することが可能となり、吹付け用空気供給装置の小型化が可能となる。さらに、アーク発生室１３１内のアークＫを上方へ駆動するための効率が向上するため、直流高速度遮断器１０１を大型化することなく遮断性能を向上させることが可能になるという効果が得られる。

また、図３に示すように、ノズル１１７ｂを固定側アーク接触子１０８の下方に配置し、さらに固定側アーク接触子１０８と遮断位置にある可動側アーク接触子１０９との間の空間に向って斜め上方に向って開口させているので、空気は矢印のＮ方向、すなわち斜め上方に吹出すことになり、これにより、遮断動作において固定側アーク接触子１０８から遮断位置にある可動側アーク接触子１０９まで引き延ばされたアークＫの全長に対して、アークＫを消弧室１０２側に向って効率よく吹き飛ばすことが可能となる。

なお、上記の説明では、主たる通電は固定側主接点１０５と可動側主接点１０７で行い、遮断動作時には固定側接点１０５と可動側接点１０７よりも遅れて開離する固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９間に発生するアークＫを制御して遮断するもので説明したが、必ずしも２種類の接触子が必要というわけではなく、固定側接点１０５と可動側接点１０７にてアークＫを発生させるものであってもよい。

実施の形態２．
なお、実施の形態１では、図３、図７に示すように、空気ノズル１１７の吹き出し口（ノズル１１７ｂ）を、固定側接点１０５及び可動側接点１０７の下方に設け、ノズル１１７ｂの幅は空気ノズル１１７の可動子貫通孔１１７ｃよりも狭くしているが、図１８に示すように、ノズル１１７ｂの幅を空気ノズル１１７の第一孔１１７ｃよりも広くすることで、前記固定側アーク接触子１０８及び前記可動側アーク接触子１０９間に生じるアークＫの全幅に対してより効率よく空気を吹き付けることが可能となり、遮断性能をさらに向上させることが可能となる。

実施の形態３．
また、実施の形態１、２では、アーク発生室１３１は、固定側主接点１０５、固定側アーク接触子１０８、固定側アークホーン１２２、可動側アークホーン１２３、消弧室１０２の側壁１０２ａ、空気ノズル１１７で構成していた。すなわち、底面の絶縁物は絶縁製ブロックの空気ノズル１１７が、側部の絶縁物は絶縁製の側板１０２ａが担っており、可動子１０６の動作方向の各端部は、それぞれ、可動側アークホーン１２３と、固定側主接点１０５と固定側アーク接触子１０８と固定側アークホーン１２２の組合体がアーク発生室１３１の側壁を構成していた。

これに対し、実施の形態３では図１９に示すように、可動子１０６の動作方向の各端部も絶縁壁１３３、１３４で囲うようにした。このような構成により、遮断部１３０の構成体、すなわち、消弧室１０２の下部、固定側接点１０５、固定アーク接触子１０８、可動子１０６、可動側接点１０７、可動側アーク接触子１０９、空気ノズル１１７、固定側アークホーン１２２、可動側アークホーン１２３をより確実に囲うことが可能となり、アークＫへの空気吹付けによる消弧室１０２への駆動をより効率的に行うことが可能となり、遮断性能が向上する。

実施の形態４．
図２０〜図２２は本発明の他の実施例を示す接触子装置の閉極状態から開極状態へ至る動作変化並びに開極時にアークＫに働く駆動力を説明するための概略構成図である。なお、上記実施の形態１〜３と同一部分あるいは相当部分には同一符号で示している。本実施例では、可動側主接触子４と固定側主接触子５とを有し、可動側主接触子４の表面に可動側アーク接触子１０９と可動側主接触片１３aとを備え、固定側主接触子５の表面には、上記可動側アーク接触子１０９と対向して配置された固定側アーク接触子１０８と、上記可動側主接触片１３a（実施の形態１の可動側接点１０７に相当）と対向して配置された固定側主接触片１３b（実施の形態１の固定側接点１０５に相当）とを備えている。そして上記可動側主接触子４は回転軸１１０を中心に図示しない操作機構部により回動される。
本実施の形態４では、可動側主接触子４と固定側主接触子５の位置関係が上記実施の形態１〜３で説明したものと逆になっている。

図２０のように、可動側アーク接触子１０９をカバー３ａで覆うように設け、固定側アーク接触子１０８をカバー３ｂで覆うように設ける。接触子の周辺は接触子モールド７により覆われるように構成され、また、固定側主接触子５の下部に後で説明する遮蔽板６を設ける。このような構造において、通電状態にある回路遮断器が開極した際に発生するアークＫは、実線の矢線Ｆで示されるような接触子１０９、１０８からアークシュート（消弧室）１０２へと向かうガス流動力を受ける。
また、破線の矢線で示されるような接触子１０９、１０８からアークシュート１０２以外へと向かうガス流動力は、カバー３ａ、カバー３ｂおよび遮蔽板６により抑制される。アークシュート１０２へと向かうガス流動力により、アークＫがアークシュート１０２に設けられたアークランナ９ａ、９ｂに移動する時間が短縮されることで、アークの転流時間が短縮される。

図２２はアーク接触子片１０aを発弧点とするアークＫに働く電磁駆動力について概略説明する斜視図である。アーク接触子片１０ａは通電方向の断面積が小さくなるように設けられている。つまり、アーク接触子片１０ａの太さは他の導電路の導体よりも小さくしている。このような構成にすることにより、アーク接触子片１０ａに流れる電流生起の磁気経路が小さくなることで、アークＫを貫く磁束密度が大きくなる。従って、アークＫに働く電磁駆動力が大きくなり、接触子間のアーク膠着を引き離すことでアークの転流時間が短縮される。

また、接触子片１０ａの頂部をアークランナ９ａの近くに延長することで、開極直後の可動側アーク接触子１０９とアークランナ９ａの距離が短縮され、アークの転流時間が短縮される。
以上のように、本実施例の接触子装置は、外部からの磁束印加やガス流入を必要とせずに、簡易的な構造でアークのアークシュート方向への駆動力増加を達成し、転流時間の短縮による遮断時間の低減を実現するものである。

図２１〜図２４は実施の形態４による回路遮断器の接触子装置の構造を示す図である。
図２１は回路遮断器が閉極状態の接触子装置を示した側面図であり、接触子装置は、主回路導体１０３から流れる定常電流を通電するための可動側主接触子４、固定側主接触子５と、これら主接触子４、５よりも遅れて開極することでアークの発弧点となり主接触子４、５のアークによる溶損を防止する可動側アーク接触子１０９、固定側アーク接触子１０８と、アークによるガスがアークシュート１０２に導かれるように設けられた接触子モールド７および遮蔽板６と、アークをアークシュート１０２に移行させるためのアークランナ９ａ、９ｂが設けられている なお、図２５に接触子装置を上方から見た平面図を示している。

接触子モールド７は、アークシュート１０２の方向に向けた開口を有する箱状の形状で、絶縁物から構成されている。また、遮蔽板６は、箱状の接触子モールド７の固定側主接触子５の下部に設けられている。この遮蔽板６は接触子モールド７に対して着脱可能に設けても良い。図２６は接触子モールド７に遮蔽板６を着脱自在に設けた場合の斜視図であり、図２６（ａ）は遮蔽板６が接触子モールド７に収容された状態、図２６（ｂ）は遮蔽板６を取り付ける前の状態を示している。

図２３は可動側接触装置を説明するための部品展開図である。図２３において、可動側接触子装置は定常電流を通電させるための主接触子片１３ａが接合された可動側主接触子４と、可動側主接触子４に操作力を伝達するための接触子ガイド１４と、可動側アーク接触子１０９に接圧荷重を与えるための接圧ばね１５と、可動側アーク接触子１０９が可動側主接触子４の開極後に可動接触子に追従して動作するための動力を伝達するアーク接触子ガイド１６と、アーク接触子ガイド１６に設けられ可動側アーク接触子１０９が可動側主接触子４に追従して動作する際のワイプを調整するためのストッパーボルト１７と、可動側主接触子４および可動側アーク接触子１０９の回転動作の中心軸となる回転軸１１０と可動側アーク接触子１０９近傍のガス流動を消弧室１０２方向に制御するためのカバー３ａと、可動側アーク接触子１０９をアーク接触子ガイド１６に固定するためのピン２０と、可動側アーク接触子１０９の通電電流を可動側主接触子４に通電させるためのシャント１９が設けられている。図２７は可動側アーク接触子１０９とアーク接触子ガイド１６とを組み立てた状態を示している。

可動側アーク接触子１０９のアーク接触子片１０ａは、図２２でも示されるように通電方向の断面積が小さくなっており、かつ、アークランナ方向へと延長させている。可動側アーク接触子１０９はアークによる損耗が発生しても、容易に部品交換が可能なように設けられている。

図２４は固定側接触子を説明するための部品展開図である。
図２４において、固定側接触子装置は定常電流を通電させるための主接触子片１３ｂが接合された固定側主接触子５と、回路電流を通電させるための主回路導体１０３と、接触子片１０ｂを有する固定側アーク接触子１０８と、固定側アーク接触子１０８近傍のガス流動を消弧室１０２方向に制御するためのカバー３ｂと、固定側アーク接触子１０８を固定側主接触子５に締結するためのボルト２１が設けられている。固定側アーク接触子１０８はアークによる損耗が発生しても、容易に部品交換が可能なように設けられている。

図２０の開極動作は、可動側主接触子４に締結された接触子ガイド１４が操作機構部からの開極荷重を受けることで、可動側主接触子４が回転軸１１０を中心に開極位置方向へと移動することで行われる。可動側主接触子４の開極動作の最中に、接触子ガイド１４がアーク接触子ガイド１６に設けられたストッパーボルト１７に衝突し、一体となって動作することでアーク接触子が主接触子より遅れて開極する。
アーク接触子が主接触子より遅れる距離、すなわち、アーク接触子のワイプ量は、ストッパーボルト１７とアーク接触子ガイド１６との間隙により調整され、ストッパーボルト１７の出代の制御により容易に調整が可能なように構成されている。

この実施の形態４における接触子装置はアーク接触子を有しているため、開極時のアークによる主接触子の溶損が殆ど発生しない。したがって、主接触子片は高い通電性能を有する純銀が好ましく、次いで銀を含む合金が好ましい。一方、アーク接触子片は定常電流に対する通電性能が必要なく、アークによる溶損への耐久性を要するため、融点の高い金属、具体的にはタングステンを含む合金が好ましい。
また、上記実施の形態４では、アーク接触子を有する構造について説明したが、主接触子片の一部にアーク接触子と同等の構造を設けることで、アーク接触子を有しない構造でも構成可能であり、上記実施の形態４と同様の効果がある。

なお、上記実施の形態４の説明のとおり、可動側アーク接触子片１０ａの断面積を小さくしアークランナ方向に延長する構造、及び接触子に設けたカバー３ａ、３ｂ、及び、固定側接触子の下部に設けた遮蔽板６は、それぞれ独立に設けてもアークに働く外力増加の効果があり、転流時間の短縮が実現される。
また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

３ａ 可動側アーク接触子のカバー、３ｂ 固定側アーク接触子のカバー、
４ 可動側主接触子、５ 固定側主接触子、６ 遮蔽板、
７ 接触子モールド、９ａ、９ｂ アークランナ、
１０ａ、１０ｂ アーク接触子片、Ｋ アーク、
１３ａ、１３ｂ 主接触子片、１４ 接触子ガイド、
１５ 接圧ばね、１６ アーク接触子ガイド、１７ ストッパーボルト、
１９ ピン、２０ シャント、２１ ボルト、
１０１ 直流高速度遮断器、１０２ 消弧室、１０２ａ 側壁
１０３ 上部導体、１０４ 下部導体、１０５ 固定側接点、
１０６ 可動子、１０６ａ 可撓導体、１０７ 可動側接点、
１０８ 固定側アーク接触子、１０９ 可動側アーク接触子、
１１０ 回転軸、１１１ 操作機構部、１１２ ラッチ、
１１３ 引外しばね、１１４ フレーム、１１５ 過電流検出器、
１１６ ラッチ解除機構、１１７ 空気ノズル、１１７ａ 通気孔、
１１７ｂ ノズル（空気吹出口）、１１７ｃ 可動子貫通孔、
１１７ｄ 平坦部（底面壁）、１１７ｅ 側壁保持部、
１１８ 空気シリンダ、１１９ 駆動リンク、１２０ ピストン、
１２１ 送気管、１２２ 固定側アークホーン、
１２３ 可動側アークホーン、１２４ グリッド、
１２５ グリッド集合体、１２６ 排気口、
１３０ 遮断部、１３１ アーク発生室、１３２ 上部開放口、
１３３、１３４ 絶縁壁

この発明に係る回路遮断器の接触子装置は、固定側及び可動側に設けられた主接触子と、固定側及び可動側に設けられたアーク接触子と、前記固定側主接触子と可動側主接触子、前記固定側アーク接触子と可動側アーク接触子から構成されるアーク発生室を、前記消弧室に向かう方向への開放口を残して、少なくともその側面及び底面を絶縁壁で囲い、前記アーク発生室の前記開放口に向けて下方から空気を吹き付ける空気吹出口を有する空気ノズルを配置したことを特徴とする。

Claims (19)

1. 主回路導体と接続された固定側主接触子と、上記固定側主接触子の一部に有する固定側接点に接離する可動側接点を有する可動側主接触子と、上記固定側主接触子と上記可動側主接触子の上部に配置された消弧室と、上記固定側接点および可動側接点の上部にそれぞれ設けられ、遮断時に両者間にアークが発生する固定側アーク接触子および可動側アーク接触子と、前記可動側主接触子および可動側アーク接触子を開閉駆動する操作機構部と、を備えた回路遮断器において、前記固定側主接触子と可動側主接触子、及び前記固定側アーク接触子と可動側アーク接触子から構成されるアーク発生室を、前記消弧室に向かう方向への開放口を残して、少なくともその側面及び底面を絶縁壁で囲ったことを特徴とする回路遮断器の接触子装置。
2. 前記アーク発生室は前記開放口を残して前記絶縁壁で取り囲んだことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の接触子装置。
3. 前記アーク発生室の側面の前記絶縁壁は、前記消弧室の側壁であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
4. 前記アーク発生室の前記開放口に向けて下方から空気を吹き付ける空気吹出口を有する空気ノズルを配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回路遮断器の接触子装置。
5. 前記アーク発生室の底面の前記絶縁壁は、前記固定側接点と可動側接点との間の空間に向けて空気を吹き付ける空気吹出口を有する絶縁ブロック状の空気ノズルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
6. 前記可動側アーク接触子のアーク接触子片の通電断面積を、他の導電路の導体よりも小さくしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
7. 前記アーク発生室を取り囲む絶縁壁は箱状の接触子モールドで構成されたことを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
8. 前記接触子モールドの固定側主接触子の下部に遮蔽板を設けたことを特徴とする請求項７に記載の回路遮断器の接触子装置。
9. 前記遮蔽板を前記接触子モールドに着脱自在に設けたことを特徴とする請求項８に記載の回路遮断器の接触子装置。
10. 前記主回路導体と前記接触子モールドの上面に平面部を形成し、前記固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子の開閉部を上記平面部の直下付近に配置するとともに、上記平面部の上面に接して、あるいは上方近傍にアークランナを配置したことを特徴とする請求項7から請求項９のいずれか１項に記載の回路遮断器の接触子装置。
11. 前記固定側アーク接触子及び可動側アーク接触子の両側を絶縁物製のカバーで覆ったことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項６、請求項８、請求項９のいずれか１項に記載の回路遮断器の接触子装置。
12. 前記可動側主接触子を接触子ガイドで支持したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
13. 前記可動側アーク接触子をアーク接触子ガイドで支持したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
14. 前記空気ノズルの空気吹出口は、前記アーク発生室の側面両側の前記絶縁壁の方向に延在して形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の回路遮断器の接触子装置。
15. 前記空気ノズルの通気孔の断面が、前記空気ノズルと送気管との接続部の円形孔から前記空気吹出口の長孔まで連続して変化することを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器の接触子装置。
16. 前記空気ノズルの吹出口の長孔は前記アーク発生室の幅方向と同程度あるいはそれ以上に形成したことを特徴とする請求項４、請求項５、請求項１４および請求項１５のいずれか１項に記載の回路遮断器の接触子装置。
17. 前記固定側主接触子は、前記固定側接点あるいは固定側アーク接触子のいずれか一方で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
18. 前記可動側主接触子は、前記可動側接点あるいは可動側アーク接触子のいずれか一方、で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の接触子装置。
19. 請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の接触子装置を備えた回路遮断器。

Images