WO2019150613A1 - 回路遮断器及び回路遮断方法 - Google Patents

回路遮断器及び回路遮断方法 Download PDF

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WO2019150613A1
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arc
circuit breaker
insulating
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Inventor
康平 松村
雄大 相良
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H01H73/02—Details
    • H01H73/18—Means for extinguishing or suppressing arc
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H9/46—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts using arcing horns

Definitions

  • the present invention relates to a circuit breaker and a circuit breaking method including an arc extinguishing chamber in which a grid is arranged.
  • Patent Document 1 discloses a circuit breaker in which a cut portion is provided at an arc entry portion of a grid, and an electromagnetic force is generated that draws the arc into the grid by the action of a biased magnetic flux.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • the circuit breaker and the circuit breaker improve the breaking performance by suppressing the return of the arc to the contact side and maintaining a high arc voltage. It aims to provide a method.
  • the circuit breaker according to the present invention includes a stator having a fixed contact, a mover having a movable contact contacting and separating from the fixed contact, a notch part for drawing an arc generated at the fixed contact and the movable contact, and a top part of the notch part. And an arc extinguishing chamber in which a plurality of grids each having an insulating portion which is adjacent and extended in the width direction are stacked.
  • a circuit interruption method is a circuit interruption method in a circuit breaker that divides an arc generated between contacts by at least one grid and extinguishes the arc, and the arcs generated between the contacts are different from each other in the grid. It draws in the state which flows through the grid which ignites at a position, and the electric current which flows through a grid between these ignites is diverted by the insulation part provided between those mutually different positions of a grid.
  • a plurality of grids each having an insulating portion that extends in the width direction adjacent to the notch are stacked in the arc extinguishing chamber, thereby preventing the arc from returning to the contact side.
  • the shut-off performance can be improved.
  • the circuit interruption method of the present invention the current flowing between the arcs ignited at different positions of the grid is diverted by the insulating portion, thereby suppressing the arc from returning to the contact side, and the interruption performance. It becomes possible to improve.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a circuit breaker according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the circuit breaker 100 includes a stator 1 having a fixed contact 1a, a mover 2 having a movable contact 2a, and a stator-side arc runner 3 electrically connected to the stator 1.
  • the movable element side arc runner 4 electrically connected to the movable element 2, and the arc extinguishing chamber 7 in which a plurality of grids 5 that divide the arc 10 and a plurality of support plates 6 that support the grid 5 are arranged.
  • the circuit breaker 100 has an upper conductor 11 and a lower conductor 12 disposed below the arc extinguishing chamber 7.
  • the upper conductor 11 is electrically connected to the stator 1 and the lower conductor 12 is electrically connected to the mover 2.
  • the fixed contact 1a and the movable contact 2a are brought into contact with and separated from each other, whereby a current is passed between and interrupted between the upper conductor 11 and the lower conductor 12.
  • the overcurrent detector 13 connected to the lower conductor 12 detects the overcurrent, and the latch 14 holding the mover 2 when energized is released, so that the mover 2 is separated from the stator 1. It rotates in the direction to leave, and the fixed contact 1a and the movable contact 2a are opened. Further, when changing the state from the opened state to the energized state shown in FIG. 1, the actuator 15 connected to the mover 2 moves the mover 2 to a position where the fixed contact 1a and the movable contact 2a come into contact with each other. To drive.
  • a stator side arc for inducing an arc 10 generated between the fixed contact 1a and the movable contact 2a (hereinafter referred to as both contacts 1a and 2a) to the arc extinguishing chamber 7 is provided above the stator 1 and the mover 2.
  • a runner 3 and a mover side arc runner 4 are provided.
  • the stator side arc runner 3 and the mover side arc runner 4 are provided so that one end thereof is disposed adjacent to both the contacts 1a and 2a and the other ends thereof are separated from each other.
  • the arc extinguishing chamber 7 has a grid 5 formed of a conductive plate-like metal and an insulating support plate 6 that supports the grid 5.
  • a plurality of grids 5 and support plates 6 are stacked on the stator side arc runner 3 and the mover side arc runner 4 at a predetermined interval.
  • the support plate 6 is disposed on the bottom surface of the grid 5, supports the grid 5, and prevents the arc 10 from jumping out toward the both contacts 1a, 2a and bridging.
  • a top plate 8 is arranged on the uppermost stage of the grid 5. The top plate 8 prevents the arc gas 20 generated by the heat of the arc 10 from leaking above the arc extinguishing chamber 7.
  • Exhaust ports 16 (not shown) for exhausting the arc gas 20 to the outside of the circuit breaker 100 are provided on both sides of the arc extinguishing chamber 7.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a grid of the circuit breaker according to the first embodiment of the present invention.
  • the grid 5 includes a notch 51 formed at one end, and an insulating part 52 that extends in the width direction adjacent to the top 51 a of the notch 51.
  • a direction toward the notch 51 and the tip 53 facing the notch 51 is referred to as a length direction
  • a direction perpendicular to the length direction is referred to as a width direction.
  • the insulating part 52 is, for example, a slit-shaped through hole.
  • the shape of the notch 51 is V-shaped, U-shaped, rectangular, or the like.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a grid and a support plate of the circuit breaker according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the two grids 5 are arranged on the support plate 6 so that the notches 51 face each other.
  • the support plate 6 has an opening 61 formed in the center, and the insulating plate 52 of the grid 5 is disposed so as to overlap the opening 61 of the support plate 6.
  • the support plate 6 is provided so that the center of the opening 61 is located at both the contacts 1a and 2a when viewed from the upper side of FIG. That is, in the grid 5, the notch 51 is arranged toward the both contacts 1a and 2a.
  • the support plate 6 and the top plate 8 are made of, for example, a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin or a melamine resin.
  • a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin or a melamine resin.
  • ceramics such as an alumina and a zirconia.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an arc of the circuit breaker according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the circuit breaker 100 opens the contact by moving the mover 2 away from the stator 1 and generates an arc 10 between the fixed contact 1a and the movable contact 2a.
  • the generated arc 10 is commutated to the stator-side arc runner 3 or the mover-side arc runner 4 disposed on the tops of both the contacts 1a, 2a.
  • the commutated arc 10 is transferred to the arc extinguishing chamber 7 by an electromagnetic force generated by a magnetic flux generated by a current flowing through the stator side arc runner 3 or the mover side arc runner 4 (hereinafter referred to as both arc runners 3 and 4). Be guided.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the action of an arc in the arc extinguishing chamber of the circuit breaker according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5A is a top view of the grid
  • FIG. 5B is a perspective view of the grid.
  • the electromagnetic force F acts on the arc 10 by the biased magnetic flux ⁇ passing through the grid 5 and is drawn into the notch 51 of the grid 5.
  • the arc 10 is driven toward the notch 51 of the grid 5 and contacts the grid 5.
  • the arc 10 flows in the thickness direction of the grid 5 and is divided by a plurality of grids 5 arranged in a stacked manner.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the action of an arc in the grid of the circuit breaker according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6A is a perspective view of the grid
  • FIG. 6B is an AA ′ cross-sectional view of the grid.
  • the arc 10 flowing in the thickness direction of the grid 5 depends on the time required to reach the plate surface of the grid 5 after it is generated at both the contacts 1a and 2a, the location where arc discharge occurs in the grid 5, and the like. Arcs at different positions on the plate.
  • the arc 10 a on the notch 51 side and the arc 10 b on the tip 53 side generated across the insulating part 52 of the grid 5 are currents that flow along the plate surface of the grid 5.
  • An arc 10c is formed.
  • the arc 10 c takes a current path that flows from the arc 10 b on the tip 53 side to the arc 10 a on the notch 51 side, bypassing the insulating portion 52.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the operation of the grid according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a perspective view of the grid
  • FIG. 7B is a BB ′ cross-sectional view of the grid.
  • the arc 10 c that flows straight from the tip portion 53 side toward the notch portion 51 side along the plate surface of the grid 5
  • An electromagnetic repulsive force P acts between the arcs 10a and 10b flowing in the thickness direction. By this electromagnetic repulsive force P, the arc 10a on the notch 51 side is pulled back to the two contacts 1a, 2a side.
  • the current flows around the insulating portion 52 without going straight in the length direction.
  • the electromagnetic repulsive force P acting on the side arc 10a can be suppressed.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the flow of arc gas according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the arc gas 20 generated at both contacts 1a and 2a flows from the opening 61 of the support plate 6 into the gap 5d between the stacked grids 5 and exhaust ports 16 disposed on both sides of the arc extinguishing chamber 7.
  • the insulating portion 52 of the grid 5 is a through hole, the arc gas 20 generated in both arc runners 3 and 4 flows through the insulating portion 52 in the thickness direction of the grid 5. Then, the gas flows into the gap 5d of the grid 5 from the insulating portion 52, and is exhausted out of the circuit breaker 100 through the exhaust port 16.
  • the arc 10 divided by the grid 5 is driven by the gas flow of the arc gas 20 to the tip 53 side opposite to the both contacts 1a, 2a side.
  • the arc gas 20 generated by both the arc runners 3 and 4 can be efficiently passed between the grids 5. Can be sent to 5d. Thereby, the arc 10 can be driven to the tip 53 side opposite to the both contacts 1a, 2a side, and the interruption performance can be improved.
  • the circuit breaker 100 includes the arc extinguishing chamber 7 in which a plurality of grids 5 each having the insulating portion 52 extending in the width direction are stacked, so that the insulating portion 52 is sandwiched therebetween.
  • the electromagnetic repulsion force toward the both contacts 1a, 2a side of the generated arc 10 can be suppressed.
  • the arc 10 is divided by the grid 5, the state where the arc voltage is increased can be maintained, and the interruption performance can be improved.
  • the arc gas 20 can be efficiently sent to the gap 5d of the grid 5, and the arc 10 can be driven to the tip 53 side opposite to the both contacts 1a, 2a side, It is possible to improve the blocking performance.
  • FIG. 9 is another example of the grid of the circuit breaker according to the first embodiment of the present invention.
  • the width W52 of the insulating part 52 is preferably close to the width W5 of the grid 5. Thereby, the distance which the electric current which flows along the plate
  • the length L52 of the side of the insulating portion 52 in the length direction of the grid 5 is a range in which the arc 10 flowing in the thickness direction of the grid 5 can be driven to the tip portion 53 side with the insulating portion 52 interposed therebetween. It is preferable to make it long.
  • the inflow area of the arc gas 20 is increased by increasing the length L52 of the side of the insulating part 52 and increasing the area of the surface of the grid 5 of the insulating part 52.
  • the gas flow can be used to promote the driving of the arc 10 in the direction opposite to the contact points 1a, 2a side.
  • the position of the insulating part 52 of the grid 5 is preferably provided adjacent to the top part 51 a of the notch part 51.
  • the insulating part 52 is provided, for example, closer to the notch 51 than the midpoint of the line segment connecting the top 51a of the notch 51 and the tip 53 facing the notch 51a. Thereby, the return of the arc 10 staying in the vicinity of the top 51a of the notch 51 can be further suppressed.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • Two insulating portions 52 of the grid 5 are formed at predetermined intervals in the length direction.
  • the number of insulating portions 52 of the grid 5 may be further increased to, for example, 3 and 4.
  • By increasing the number of insulating parts 52 it is possible to suppress the electromagnetic repulsive force toward the both contacts 1a, 2a of the arc 10 generated across the insulating part 52, and when the insulating part 52 is a through hole,
  • the inflow area of the arc gas 20 can be increased, and the driving of the arc 10 in the direction opposite to the both contacts 1a, 2a side can be promoted using the gas flow.
  • FIG. FIG. 11 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • the insulating part 52 of the grid 5 is formed so as to be connected to the cutout part 51.
  • the notch part 51 and the insulating part 52 can be communicated with each other. Thereby, the arc 10 generated across the insulating portion 52 can suppress the electromagnetic repulsion force toward the both contacts 1a, 2a, and the processing of the insulating portion 52 of the grid 5 is facilitated.
  • FIG. FIG. 12 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker based on Embodiment 4 of this invention.
  • the grid 5 is divided in the length direction and is electrically connected.
  • the grid 5 is a divided grid 5a on the front end 53 side and a divided grid 5b on the notch 51 side, and the divided grids 5a and 5b are electrically connected to each other with a predetermined interval using a connecting portion 5c.
  • the connection part 5c is an electric wire, a connection pin, a rivet, etc., for example.
  • the divided grids 5a and 5b may be connected by welding.
  • An interval between the divided grid 5a and the divided grid 5b functions as the insulating portion 52, and similarly, the electromagnetic repulsive force of the arc 10 toward the both contacts 1a and 2a can be suppressed. Furthermore, since the width W52 and the length L52 of the insulating part 52 can be adjusted as appropriate, the interval between the divided grids 5a and 5b and the connection position can be easily changed according to the arc discharge firing point.
  • FIG. FIG. 13 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker which concerns on Embodiment 5 of this invention.
  • the insulating part 52 of the grid 5 is formed in a T shape.
  • the insulating portion 52 is formed by a portion extending in the width direction and a portion extending from the center position toward the distal end portion 53.
  • FIG. 14 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker which concerns on Embodiment 6 of this invention.
  • FIG. 14A is a perspective view of a grid
  • FIG. 14B is a side view in which a plurality of grids are stacked.
  • the grid 5 has a shape that is folded back into a U shape in the length direction. As shown in FIG. 14A, the grid 5 folded back in a U-shape is provided with a notch 51 at the folded end, and an insulating part 52 is provided adjacent to the top 51 a of the notch 51. Further, as shown in FIG.
  • the arc 10 that flows through the grid 5 in the plate thickness direction forms an arc 10 c that flows along the plate surface of the grid 5.
  • the arc 10c takes a current path that flows from the starting point of the arc 10 to the distal end portion 53 side via the folded end portion.
  • the arc 10 c forms a magnetic flux ⁇ in a direction perpendicular to the thickness direction of the grid 5.
  • An electromagnetic force F that is driven to the tip 53 side opposite to the contact points 1a and 2a acts on the arc 10 flowing in the thickness direction by the magnetic flux ⁇ in a direction orthogonal to the thickness direction of the grid 5.
  • the arc 10 generated across the insulating portion 52 causes the two contacts 1a, 2a side.
  • the electromagnetic repulsive force directed to the arc 10 can be suppressed, and the electromagnetic force F can promote the driving of the arc 10 in the direction opposite to the contact points 1a, 2a.
  • FIG. FIG. 15 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker based on Embodiment 7 of this invention.
  • the insulating part 52 of the grid 5 is formed in a V shape along the notch 51.
  • the grid 5 has a top part 52a of an insulating part 52 adjacent to the top part 51a of the notch part 51, and the insulating part 52 extends from the top part 52a toward both sides formed by the notch part 51 and the tip part 53, respectively. Portions 521 and 522 are connected to form a V shape.
  • an arc 10 c that flows along the plate surface of the grid 5 is generated by the arcs 10 a and 10 b that flow in the plate thickness direction.
  • the arc 10c flows along the V-shape of the insulating portion 52 from the distal end 53 side to the notch 51 side, bypasses and flows from the notch 51 side to the distal end 53 side.
  • An electromagnetic repulsive force Q acts between the arc 10c from the notch 51 side of the grid 5 toward the tip 53 and the arc 10a on the notch 51 with the insulating portion 52 interposed therebetween.
  • the arc 10a on the notch 51 side receives the electromagnetic repulsion force Q and is driven toward the tip 53 in the direction opposite to the both contacts 1a and 2a.
  • the electromagnetic repulsive force toward the both contact points 1 a and 2 a of the arc 10 generated across the insulating portion 52 is provided.
  • the insulating portion 52 V-shaped the arc 10a generated on the cutout portion 51 side with the insulating portion 52 sandwiched between the arc 10a and the tip in the opposite direction to the two contacts 1a, 2a side
  • the electromagnetic repulsive force Q toward the portion 53 can be applied, and the interruption performance can be further improved.
  • FIG. FIG. 16 is a schematic block diagram which shows the example of the grid of the circuit breaker which concerns on Embodiment 8 of this invention.
  • the insulating part 52 of the grid 5 is formed of a solid insulating material.
  • a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin or a melamine resin can be used.
  • ceramics such as an alumina and a zirconia.
  • FIG. 17 is a top view showing a schematic configuration of the grid and the support plate of the circuit breaker according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the width W52 of the insulating portion 52 of the grid 5 is formed to be the same as or longer than the width W61 of the opening 61 of the support plate 6.
  • the arc 10c flowing along the plate surface of the grid 5 bypasses the insulating portion 52. Block the route. That is, the current path that flows from the front end 53 side to the notch 51 side or from the notch 51 side to the front end 53 side on the plate surface of the grid 5 is interrupted, and the arc 10 is directed to the both contacts 1a, 2a side. Does not generate repulsive force. Thereby, it can suppress that the arc 10 returns to the both contacts 1a and 2a side from the state divided by the grid 5, and can improve interruption
  • FIG. FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a circuit breaker according to Embodiment 10 of the present invention.
  • FIG. 19 is a perspective view showing a schematic configuration of the arc extinguishing chamber of the circuit breaker according to Embodiment 10 of the present invention.
  • the grids 5 are stacked on the upper and lower sides of the arc extinguishing chamber 7, whereas in the present embodiment, the grids 5 are arranged in parallel along the movable direction of the mover 2.
  • the grid 5 has a notch 51 formed at one end and an insulating part 52 extending in the width direction.
  • the grid 5 is arranged so that the cutout portion 51 faces the both contacts 1a and 2a of the fixed contact 1a and the movable contact 2a, and the tip portion 53 facing the cutout portion 51 faces the upper side of the arc extinguishing chamber 7.
  • the support plate 6 is provided on the plate surface of each grid 5 and is arranged so that the opening 61 faces the both contacts 1a, 2a.
  • An exhaust port 16 for exhausting the arc gas 20 is provided above the arc extinguishing chamber 7.
  • the grid 5 having the insulating portion 52 extending in the width direction includes the arc extinguishing chambers 7 arranged in parallel along the moving direction of the mover 2, so that an arc generated with the insulating portion 52 interposed therebetween. Electromagnetic repulsive force 10 can be suppressed toward both contact points 1a and 2a. Thereby, the arc 10 is divided by the grid 5, the state where the arc voltage is increased can be maintained, and the interruption performance can be improved. Further, by arranging the grid 5 so that the cutout portion 51 faces both the contacts 1a and 2a and the tip portion 53 facing the cutout portion 51 faces the arc extinguishing chamber 7 provided with the exhaust port 16, the two contact points are arranged. The arc gas 20 generated between 1a and 2a can be efficiently sent to the gap 5d of the grid 5.
  • the present invention may be appropriately combined with a plurality of constituent elements disclosed in the first to tenth embodiments without departing from the gist of the present invention.

Landscapes

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Abstract

アークの戻りを抑制し、高いアーク電圧を維持することで、遮断性能を向上させる回路遮断器を提供する。　固定接点を有する固定子と、固定接点に接離する可動接点を有する可動子とを有し、接点間で発生したアークをアークランナーで消弧室に誘導する。消弧室には、グリッド及び支持板が複数枚積層されている。グリッドは、固定接点及び可動接点側の端部にアークを引き込む切欠部が形成され、切欠部の頂部に隣接されて幅方向に伸長された絶縁部を有する。

Description

回路遮断器及び回路遮断方法
　本発明は、グリッドが配置された消弧室を備える回路遮断器及び回路遮断方法に関する。
　従来から、短絡や地絡等から電力機器を保護するために回路に流れる電流を遮断する回路遮断器が用いられる。回路遮断器では、電流を遮断するために接点を切り離す際、接点間にアークが発生する。事故電流が発生した場合、回路に接続されている電力機器の被害を軽減するには、発生したアークを速やかに消弧し、遮断時間を短縮することが重要である。回路遮断器は、消弧室に複数枚配置されたグリッドでアークを分断することで、回路の電源電圧よりも高いアーク電圧を発生させ、電流を限流遮断している。高い遮断性能を得るには、アークがグリッドで分断された状態を留め、上昇したアーク電圧を維持することが必要である。特許文献１では、グリッドのアーク進入部に切り込み部を設け、偏倚磁束の作用によりアークをグリッドに引き込む電磁力を発生させる回路遮断器が開示されている。
特開２００６－１２５４０号公報
　しかしながら、アークが板状のグリッドの板面に達し、板厚方向に貫流した状態になると、偏倚磁束による電磁力が生じなくなるため、グリッドで分断されていたアークが再び連なり、遮断性能が低下するという課題があった。
　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アークが接点側へ戻ることを抑制し、高いアーク電圧を維持することで、遮断性能を向上させる回路遮断器及び回路遮断方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る回路遮断器は、固定接点を有する固定子と、固定接点に接離する可動接点を有する可動子と、固定接点及び可動接点で発生したアークを引き込む切欠部及び切欠部の頂部に隣接されて幅方向に伸長された絶縁部を有するグリッドが複数枚積層配置された消弧室とを備える。
　本発明に係る回路遮断方法は、接点間に発生するアークを少なくとも１つのグリッドで分断して消弧する回路遮断器における回路遮断方法であって、接点間に発生するアークを、グリッドの互いに異なる位置で発弧するグリッドを貫流する状態に引き込んで、それら発弧間にグリッドを流れる電流を、グリッドのそれら互いに異なる位置の間に設けられる絶縁部により迂回させ消弧する。
　本発明の回路遮断器によれば、切欠部に隣接させて幅方向に伸長させた絶縁部を有するグリッドが消弧室に複数枚積層配置されることで、アークが接点側へ戻ることを抑制し、遮断性能を向上させることが可能となる。また、本発明の回路遮断方法によれば、グリッドの互いに異なる位置に発弧したアークの間に流れる電流を絶縁部により迂回させることにより、アークが接点側へ戻ることを抑制し、遮断性能を向上させることが可能となる。
本発明の実施の形態１に係る回路遮断器を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッド及び支持板を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のアークを示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のアークの作用を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のアークの作用を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッドの作用を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のアークガスの流れを示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッドの他の例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態２に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態４に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態５に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態６に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態７に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態８に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態９に係る回路遮断器のグリッド及び支持板を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１０に係る回路遮断器を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態１０に係る回路遮断器の消弧室を示す概略構成図である。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器を示す概略構成図である。図１に示すように、回路遮断器１００は、固定接点１ａを有する固定子１と、可動接点２ａを有する可動子２と、固定子１に電気的に接続された固定子側アークランナー３と、可動子２に電気的に接続された可動子側アークランナー４と、アーク１０を分断するグリッド５及びグリッド５を支持する支持板６が複数枚配置された消弧室７とを備える。
　回路遮断器１００は、消弧室７の下方に上部導体１１と下部導体１２とが配置される。上部導体１１は固定子１に、下部導体１２は可動子２に、それぞれ電気的に接続される。固定接点１ａと可動接点２ａとを接離させることで、上部導体１１と下部導体１２との間に電流を通電及び遮断させる。
　電流遮断時には、下部導体１２に接続された過電流検出器１３が過電流を検出し、通電時において可動子２を保持していたラッチ１４を解除することで、可動子２が固定子１から離れる方向に回転し、固定接点１ａと可動接点２ａとを開極させる。また、開極された状態から図１に示す通電時の状態にする際には、可動子２に連結されたアクチュエーター1５が、固定接点１ａと可動接点２ａとが接触する位置まで可動子２を駆動する。
　固定子１及び可動子２の上部には、固定接点１ａ及び可動接点２ａ（以下、両接点１ａ、２ａという）の間で発生したアーク１０を消弧室７に誘導するための固定子側アークランナー３及び可動子側アークランナー４が設けられる。固定子側アークランナー３及び可動子側アークランナー４は、それぞれ一端が両接点１ａ、２ａに隣接して配置され、他端が互いに離れるように延伸して設けられる。
　消弧室７は、導電性の板状の金属で形成されたグリッド５と、グリッド５を支持する絶縁性の支持板６とを有する。グリッド５及び支持板６は、固定子側アークランナー３及び可動子側アークランナー４の上部に所定の間隔で複数枚積層されて配置される。支持板６は、グリッド５の底面に配置され、グリッド５を支持するとともに、アーク１０が両接点１ａ、２ａ側に飛び出して橋絡することを防止する。グリッド５の最上段には天面板８が配置される。天面板８は、アーク１０の熱により発生したアークガス２０が消弧室７の上方に漏れることを防止する。消弧室７の両側には、アークガス２０を回路遮断器１００の外へと排気するための排気口１６（図示せず）が設けられる。
　図２は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。図２に示すように、グリッド５は、一方の端部に形成された切欠部５１と、切欠部５１の頂部５１ａに隣接させて幅方向に伸長させた絶縁部５２とを有する。ここで、切欠部５１とこれに対向する先端部５３に向かう方向を長さ方向、長さ方向に垂直な方向を幅方向という。絶縁部５２は、例えばスリット状の貫通孔である。ここで、切欠部５１の形状は、Ｖ字形状、Ｕ字形状、長方形等である。
　図３は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッド及び支持板を示す概略構成図である。図３に示すように、２枚のグリッド５が支持板６上に、互いに切欠部５１が対向するようにそれぞれ配置される。支持板６は中央に開口部６１が形成されており、グリッド５の絶縁部５２が支持板６の開口部６１に重なるように配置される。支持板６は、図１の上側からみて開口部６１の中心が両接点１ａ、２ａに位置するように設けられる。すなわち、グリッド５は、切欠部５１が両接点１ａ、２ａ側に向けて配置される。
　支持板６及び天面板８は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂で形成される。その他、アルミナ、ジルコニア等のセラミックで形成されてもよい。
　次に、本発明に係る回路遮断器１００の電流遮断時における動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のアークを示す模式図である。
　回路遮断器１００は、可動子２を固定子１から離して接点を開極し、固定接点１ａと可動接点２ａとの間にアーク１０を発生させる。発生したアーク１０は、両接点１ａ、２ａの上部に配置された固定子側アークランナー３又は可動子側アークランナー４へ転流される。転流されたアーク１０は、固定子側アークランナー３又は可動子側アークランナー４（以下、両アークランナー３、４という）に流れる電流で生じる磁束によって働く電磁力により、消弧室７へと誘導される。
　図５は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器の消弧室におけるアークの作用を示す模式図である。図５（ａ）はグリッドの上面図、図５（ｂ）はグリッドの斜視図である。図５に示すように、消弧室７ではグリッド５を通る偏倚磁束φにより、アーク１０に電磁力Ｆが働き、グリッド５の切欠部５１に引き込まれる。アーク１０はグリッド５の切欠部５１に向かって駆動され、グリッド５に接触する。そしてアーク１０はグリッド５の板厚方向に貫流し、積層配置された複数枚のグリッド５で分断される。
　図６は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッドにおけるアークの作用を示す模式図である。図６（ａ）はグリッドの斜視図、図６（ｂ）はグリッドのＡＡ’断面図である。グリッド５の板厚方向に貫流するアーク１０は、両接点１ａ、２ａで発生してからグリッド５の板面に達するまでの時間やグリッド５でのアーク放電の発生箇所等の違いにより、グリッド５の板面の異なる位置に発弧する。図６（ａ）に示すように、グリッド５の絶縁部５２を挟んで発生した切欠部５１側のアーク１０ａ及び先端部５３側のアーク１０ｂは、グリッド５の板面に沿って流れる電流であるアーク１０ｃを形成する。アーク１０ｃは、先端部５３側のアーク１０ｂから絶縁部５２を迂回して切欠部５１側のアーク１０ａへ流れる電流経路をとる。
　次に、本発明の作用について絶縁部５２を有さないグリッド５と比較して説明する。図７は、本発明の実施の形態１に係るグリッドの作用を説明するための模式図である。図７（ａ）はグリッドの斜視図、図７（ｂ）はグリッドのＢＢ’断面図である。図７に示すように、絶縁部５２を有さないグリッド５の場合、グリッド５の板面に沿って先端部５３側から切欠部５１側に向かって直進して流れるアーク１０ｃと、グリッド５の板厚方向に貫流するアーク１０ａ、１０ｂとの間に電磁反発力Ｐが作用する。この電磁反発力Ｐにより、切欠部５１側のアーク１０ａは、両接点１ａ、２ａ側に引き戻される。
　これに対し、図６に示す本発明に係る幅方向に伸長した絶縁部５２を有するグリッド５では、電流は長さ方向に直進せずに、絶縁部５２を迂回して流れるため、切欠部５１側のアーク１０ａに作用する電磁反発力Ｐを抑制することができる。これにより、グリッド５の長さ方向に直進して流れる電流を小さくでき、アーク１０ａの両接点１ａ、２ａ側への戻りを抑えることが可能となる。
　図８は、本発明の実施の形態１に係るアークガスの流れを示す模式図である。両接点１ａ、２ａで発生したアークガス２０は、支持板６の開口部６１から、積層配置されたグリッド５の互いの間隙５ｄへと流入し、消弧室７の両側に配置された排気口１６から回路遮断器１００の外へ排気される。またグリッド５の絶縁部５２を貫通孔とした場合、両アークランナー３、４で発生したアークガス２０は、絶縁部５２を介してグリッド５の厚み方向に貫通して流れる。そして絶縁部５２からグリッド５の間隙５ｄへと流入し、排気口１６から回路遮断器１００外へ排気される。グリッド５で分断されたアーク１０は、アークガス２０のガス流により両接点１ａ、２ａ側と逆方向の先端部５３側に駆動される。
　このように、グリッド５の絶縁部５２を貫通孔とすることで、両接点１ａ、２ａ間で発生したアークガス２０に加え、両アークランナー３、４で発生したアークガス２０を効率よくグリッド５の間隙５ｄに送ることができる。これにより、アーク１０を両接点１ａ、２ａ側と逆方向の先端部５３側に駆動させることができ、遮断性能を向上させることができる。
　上述のとおり、本実施の形態に係る回路遮断器１００は、幅方向に伸長した絶縁部５２を有するグリッド５が複数枚積層配置された消弧室７を備えることで、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０の両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができる。これにより、アーク１０がグリッド５で分断され、アーク電圧が上昇した状態を維持でき、遮断性能を向上させることが可能となる。また、絶縁部５２を貫通孔とすることで、アークガス２０を効率よくグリッド５の間隙５ｄへ送り、アーク１０を両接点１ａ、２ａ側と逆方向の先端部５３側に駆動させることができ、遮断性能を向上させることが可能となる。
　なお、グリッド５の絶縁部５２の形状、位置は適宜変更できる。図９は、本発明の実施の形態１に係る回路遮断器のグリッドの他の例である。絶縁部５２の幅Ｗ５２は、グリッド５の幅Ｗ５に近づけることが好ましい。これにより、グリッド５の板面に沿って流れる電流がグリッド５の長さ方向に直進せずに絶縁部５２を迂回する距離を長くすることができる。
　また、グリッド５の長さ方向の絶縁部５２の辺の長さＬ５２は、グリッド５の板厚方向に貫流するアーク１０が絶縁部５２を挟んで先端部５３側へ駆動されることができる範囲で長くすると好ましい。グリッド５の絶縁部５２を貫通孔とした場合、絶縁部５２の辺の長さＬ５２を長くし、絶縁部５２のグリッド５の面における面積を大きくすることで、アークガス２０の流入面積を増やすことができ、ガス流を利用してアーク１０の両接点１ａ、２ａ側と逆方向への駆動を促進できる。
　また、グリッド５の絶縁部５２の位置は、切欠部５１の頂部５１ａに隣接して設けられることが好ましい。絶縁部５２は、例えば、切欠部５１の頂部５１ａとこれに対向する先端部５３とをつなぐ線分の中点よりも切欠部５１側に設けられる。これにより、切欠部５１の頂部５１ａ近傍で留まるアーク１０の戻りをより抑制することができる。
実施の形態２．
　図１０は、本発明の実施の形態２に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。グリッド５の絶縁部５２は、長さ方向に所定の間隔を開けて２個形成されている。グリッド５の絶縁部５２の個数は、例えば３個、４個とさらに増やしてもよい。絶縁部５２の個数を増やすことにより、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０の両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができるとともに、絶縁部５２を貫通孔とした場合、アークガス２０の流入面積を増やすことができ、ガス流を利用してアーク１０の両接点１ａ、２ａ側と逆方向への駆動を促進できる。
実施の形態３．
　図１１は、本発明の実施の形態３に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。グリッド５の絶縁部５２は、切欠部５１に繋がるように形成されている。絶縁部５２を貫通孔とし、切欠部５１と絶縁部５２との間にスリット５１ｂを設けることで切欠部５１と絶縁部５２とを互いに連通することができる。これにより、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０が両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができるとともに、グリッド５の絶縁部５２の加工が容易となる。
実施の形態４．
　図１２は、本発明の実施の形態４に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。グリッド５は、長さ方向に分割され、電気的に接続されている。例えばグリッド５を先端部５３側の分割グリッド５ａ及び切欠部５１側の分割グリッド５ｂとし、分割グリッド５ａ、５ｂは、接続部５ｃを用いて互いに所定の間隔をあけて電気的に接続させる。接続部５ｃは、例えば電線、接続ピン、リベット等である。また、分割グリッド５ａ、５ｂは溶接により接続させてもよい。分割グリッド５ａと分割グリッド５ｂとの間隔が絶縁部５２として機能し、同様にアーク１０が両接点１ａ、２ａに向かう電磁反発力を抑制することができる。さらに、絶縁部５２の幅W５２及び長さＬ５２を適宜調整できるため、アーク放電の発弧点に応じて分割グリッド５ａ、５ｂの間隔及び接続する位置を容易に変更できる。
実施の形態５．
　図１３は、本発明の実施の形態５に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。グリッド５の絶縁部５２は、Ｔ字形状に形成されている。絶縁部５２は、幅方向に伸長した部分と、その中心位置から先端部５３に向かって伸長した部分とで形成される。絶縁部５２をＴ字形状に形成することにより、グリッド５の板面に沿って流れる電流が長さ方向に直進せずに絶縁部５２を迂回する距離を長くすることができ、両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができる。
実施の形態６．
　図１４は、本発明の実施の形態６に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。図１４（ａ）はグリッドの斜視図、図１４（ｂ）は複数のグリッドを積層した側面図である。グリッド５は、長さ方向でＵ字状に折り返した形状である。図１４（ａ）に示すように、Ｕ字状に折り返されたグリッド５は、折り返し端部に切欠部５１が設けられ、切欠部５１の頂部５１ａに隣接させて絶縁部５２が設けられる。また図１４（ｂ）に示すように、グリッド５を板厚方向に貫流するアーク１０は、グリッド５の板面に沿って流れるアーク１０ｃを形成する。アーク１０ｃは、アーク１０の発弧点から折り返し端部を経由して先端部５３側に流れる電流経路をとる。アーク１０ｃは、グリッド５の板厚方向に対して直交する方向に磁束Φを形成する。グリッド５の板厚方向に対して直交する方向に磁束Φにより、板厚方向に貫流するアーク１０には、両接点１ａ、２ａ側と逆方向の先端部５３側に駆動する電磁力Ｆが作用する。
　上述のとおり、本実施の形態では、Ｕ字状に折り返したグリッド５に幅方向に伸長された絶縁部５２を設けることで、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０が両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができるとともに、電磁力Ｆによりアーク１０の両接点１ａ、２ａ側と逆方向への駆動を促進することができる。
実施の形態７．
　図１５は、本発明の実施の形態７に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。グリッド５の絶縁部５２は、切欠部５１に沿ってＶ字形状に形成されている。グリッド５は、切欠部５１の頂部５１ａに隣接して絶縁部５２の頂部５２ａを有し、絶縁部５２は頂部５２ａから切欠部５１と先端部５３とがなす両辺に向かってそれぞれ伸長された脚部５２１、５２２が連結されてＶ字形状を形成する。グリッド５では、板厚方向に貫流するアーク１０ａ、１０ｂにより、グリッド５の板面に沿って流れるアーク１０ｃが生じる。アーク１０ｃは絶縁部５２のＶ字形状に沿って、先端部５３側から切欠部５１側に流れ、迂回して切欠部５１側から先端部５３側に流れる。グリッド５の切欠部５１側から先端部５３側に向かうアーク１０ｃと、絶縁部５２を挟んで切欠部５１側のアーク１０ａとの間に電磁反発力Ｑが作用する。切欠部５１側のアーク１０ａは、電磁反発力Ｑを受けて、両接点１ａ、２ａ側と逆方向の先端部５３に向かって駆動される。
　上述のとおり、本実施の形態では、グリッド５の幅方向に伸長された絶縁部５２を設けることで、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０の両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができるとともに、絶縁部５２をＶ字形状とすることで、アーク１０が絶縁部５２を挟んで切欠部５１側に発生したアーク１０ａに、両接点１ａ、２ａ側と逆方向の先端部５３に向かう電磁反発力Ｑを作用させることができ、遮断性能をさらに向上させることができる。
実施の形態８．
　図１６は、本発明の実施の形態８に係る回路遮断器のグリッドの例を示す概略構成図である。グリッド５の絶縁部５２は、固形の絶縁材料で形成されている。絶縁材料としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。その他、アルミナ、ジルコニア等のセラミックで形成されてもよい。グリッド５の絶縁部５２を絶縁材料で形成することにより、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０が両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができるとともに、アーク１０が絶縁部５２を通って橋絡することを防ぐことができる。
実施の形態９．
　図１７は、本発明の実施の形態９に係る回路遮断器のグリッド及び支持板の概略構成を示す上面図である。本実施の形態に係る回路遮断器１００では、グリッド５の絶縁部５２の幅Ｗ５２が、支持板６の開口部６１の幅Ｗ６１と同じ又はそれより長くなるように形成されている。
　グリッド５の絶縁部５２の幅Ｗ５２が、支持板６の開口部６１の幅Ｗ６１以上になるように形成することで、グリッド５の板面に沿って流れるアーク１０ｃが絶縁部５２を迂回する電流経路を遮断する。すなわち、グリッド５の板面上で先端部５３側から切欠部５１側又は切欠部５１側から先端部５３側に向かって流れる電流経路を遮断し、アーク１０が両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を生じさせない。これにより、アーク１０がグリッド５で分断された状態から両接点１ａ、２ａ側に戻るのを抑制し、遮断性能を向上させることができる。
実施の形態１０．
　図１８は、本発明の実施の形態１０に係る回路遮断器の概略構成図である。図１９は、本発明の実施の形態１０に係る回路遮断器の消弧室の概略構成を示す斜視図である。実施の形態１では、グリッド５が消弧室７の上下に積層配置されていたのに対し、本実施の形態では、グリッド５が可動子２の可動方向に沿って並列に配置される。
　グリッド５は、一方の端部に形成された切欠部５１と幅方向に伸長した絶縁部５２とを有する。グリッド５は、切欠部５１が固定接点１ａ及び可動接点２ａの両接点１ａ、２ａ側に、切欠部５１に対向する先端部５３が消弧室７の上側に向くように配置される。支持板６は、各グリッド５の板面に設けられ、開口部６１が両接点１ａ、２ａ側に向くように配置される。消弧室７の上方には、アークガス２０を排気するための排気口１６が設けられる。
　このように、幅方向に伸長した絶縁部５２を有するグリッド５が、可動子２の可動方向に沿って並列に配置された消弧室７を備えることで、絶縁部５２を挟んで発生するアーク１０が両接点１ａ、２ａ側に向かう電磁反発力を抑制することができる。これにより、アーク１０がグリッド５で分断され、アーク電圧が上昇した状態を維持でき、遮断性能を向上させることが可能となる。また、切欠部５１を両接点１ａ、２ａ側、切欠部５１に対向する先端部５３を排気口１６が設けられた消弧室７の上方に向くようにグリッド５を配置することで、両接点１ａ、２ａ間で発生したアークガス２０を効率よくグリッド５の間隙５ｄに送ることができる。
　なお、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態１から１０に開示されている複数の構成要素の適宜組み合わせてもよい。
　１　固定子
　２　可動子
　３　固定子側アークランナー
　４　可動子側アークランナー
　５　グリッド
　５１　切欠部
　５２　絶縁部
　６　支持板
　６１　開口部
　７　消弧室
　８　天面板
　１０　アーク
　１１　上部導体
　１２　下部導体
　１３　過電流検出器
　１４　ラッチ
　１５　アクチュエーター
　１６　排気口
　１００　回路遮断器

Claims (13)

  1. 固定接点を有する固定子と、
    前記固定接点に接離する可動接点を有する可動子と、
    前記固定接点及び前記可動接点で発生したアークを引き込む切欠部及び前記切欠部の頂部に隣接されて幅方向に伸長された絶縁部を有するグリッドが複数枚積層配置された消弧室と
    を備えることを特徴とする回路遮断器。
  2. 前記グリッドの前記絶縁部は、前記切欠部側から前記切欠部に対向する先端部側に向かう電流及び前記先端部側から前記切欠部側に向かう電流を前記グリッドの幅方向に迂回させるように設けられることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
  3. 前記絶縁部は、前記グリッドに設けられた貫通孔であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
  4. 前記グリッドの前記切欠部と前記絶縁部とが互いに連通されていることを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。
  5. 前記絶縁部は、固形の絶縁材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
  6. 前記グリッドは、前記切欠部側と前記先端部側とが分割され、間隔をあけて互いに電気的に接続され、前記間隔が前記絶縁部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
  7. 前記グリッドは、長さ方向にＵ字状に折り返され、折り返し端部に前記切欠部が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
  8. 前記絶縁部は、幅方向にそれぞれ伸長する脚部を連結させたＶ字形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回路遮断器。
  9. 前記グリッドは、中央に開口部を有する支持板に支持され、前記グリッドの前記絶縁部が前記支持板の前記開口部に重なるように配置されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回路遮断器。
  10. 前記グリッドの前記絶縁部の幅は、前記支持板の前記開口部の幅以上であることを特徴とする請求項９に記載の回路遮断器。
  11. 接点間に発生するアークを少なくとも１つのグリッドで分断して消弧する回路遮断器であって、
    前記グリッドは絶縁部を有し、
    前記グリッドは、前記接点間に発生する前記アークが引き込まれ、前記アークが前記グリッドの互いに異なる位置で発弧して前記グリッドを貫流し、
    前記絶縁部は、前記グリッドのそれら互いに異なる位置の間に設けられ、それら発弧間に前記グリッドを流れる電流を迂回させる回路遮断器。
  12. 第１及び第２の接点と、
    前記第１及び第２の接点間に発生するアークを引き込む切欠部及び貫通孔を有するグリッドが配置された消弧室とを備え、
    前記貫通孔は前記グリッドの厚み方向にアークガスが貫通して流れることを特徴とする回路遮断器。
  13. 接点間に発生するアークを少なくとも１つのグリッドで分断して消弧する回路遮断器における回路遮断方法であって、
    前記接点間に発生する前記アークを、前記グリッドの互いに異なる位置で発弧する前記グリッドを貫流する状態に引き込んで、それら発弧間に前記グリッドを流れる電流を、前記グリッドのそれら互いに異なる位置の間に設けられる絶縁部により迂回させ消弧する回路遮断方法。
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