JP3548700B2

JP3548700B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP3548700B2
Application number: JP22150199A
Authority: JP
Inventors: 征浩伏見; 進高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2000113798A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通電回路に大電流が流れたとき、引き外し装置により接触子機構を開離させる回路遮断器、特に大電流遮断時における引き外し用トリップバーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０及び図１１は、例えば実公平６−４１３２７号公報に示された従来の回路遮断器を示す断面図である。図において、１はベース１ａとカバー１ｂとからなる筐体であり、合成樹脂材料で形成されている。２は操作ハンドル、３は開閉機構、４は可動接触子であり可動接点４ａを有している。５は固定接触子であり固定接点５ａを有している。６は合成樹脂材料で形成されたトリップバーであり、回動できるように、また、開閉機構３と係合するように支承されている。７は電磁引き外し装置の電磁石であり、そのプランジャー７ａがトリップバー６の溝付アーム６ｂに係合している。８は熱動引き外し装置のバイメタルであり、その調整ねじ８ａがトリップバー６のアーム片６ｃに対向配置されている。
【０００３】
上記のような従来の回路遮断器においては、操作ハンドル２の操作により開閉機構３に連結された可動接触子４が動作して両接点４ａ、５ａが開閉する。次に、図１０に示す閉路状態において過電流が流れると、バイメタル８が加熱されて湾曲し、調整ねじ８ａでトリップバー６のアーム片６ｃが押圧される。この押圧によりトリップバー６が時計方向に回動して開閉機構３を作動させ、可動接触子４を開離させる。
また、図１０に示す閉路状態において短絡電流のような大電流が流れると、電磁石７のプランジャー７ａが吸引されて溝付アーム６ｂを引くので、トリップバー６が時計方向に回動し開閉機構３を作動させて可動接触子４を開離させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の回路遮断器では、短絡電流のような大電流が流れると、初期状態においては、可動接触子４及び固定接触子５に流れる互いに逆方向の平行電流の作用により両接触子４，５は電磁反発する。この電磁反発により可動接触子４は図１１に示すように僅かに開離し、固定接点５ａと可動接点４ａの間にアークＡが発生する。続いて、プランジャー７ａの吸引により、開閉機構３が作動して可動接触子４を完全に開離させる。ところが、アークＡはアークガスの爆風に変化して筐体１内の空間全域に流動する。この流動の際、アークガスの爆風は例えば矢印Ｂ及び矢印Ｃのように流れてトリップバー６の溝付アーム６ｂ及びアーム片６ｃを押圧し、この押圧力が溝付アーム６ｂ及びアーム片６ｃを反時計方向に回動させる力になることがある。
【０００５】
従って、短絡電流のような大電流通電時に、電磁石７のプランジャー７ａあるいはバイメタル８によるトリップバー６を時計方向に回動させる力に対して反対方向の力となり、短絡事故発生から開閉機構３を作動させて可動接触子４を開離させる、いわゆる自動遮断（トリップ）までの時間に遅れを生じるという問題点があった。また、アークガスの爆風が筐体１の外部に放出されて消滅するまで筐体１内にアークガスの爆風は吹き乱れるため、爆風は合成樹脂から成る筐体１の表面を炭化させ、電源と負荷間や相間の絶縁劣化を引き起こすという問題点があった。
【０００６】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、短絡電流のような大電流が流れた場合に、接点間に発生するアークガスの爆風を利用してトリップバーを回動させることにより、短絡電流発生からトリップまでの時間に遅れを生じない回路遮断器を得るとともに、アークガスの爆風の流動による筐体内の絶縁劣化が少ない回路遮断器を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回路遮断器においては、短絡電流が流れたとき可動接触子と固定接触子の間で電磁反発が生じるように形成された接触子機構と、接触子機構の可動接触子にクロスバーを介して連結することにより可動接触子を開閉動作させる開閉機構と、通電電流が所定値を超過したとき、トリップバーを作動させて開閉機構を介して接触子機構を開離させる引外し機構と、発生するアークを所定方向に誘引する消弧装置と、各機構及び装置を収納する筐体を有する回路遮断器において、接触子機構とクロスバー及び消弧装置を絶縁材料製のケースに収納すると共に、接触子機構が電磁反発状態のときは開口しており、接触子機構が開閉機構を介して開離状態になったときは閉塞されるアークガス放出孔を有するアークユニットと、アークガス放出孔の開口部に近接して配置された引外し用アクチュエータを備え、接触子機構の電磁反発時にアークガス放出孔から放出されるアークガスの圧力により、引外し用アクチュエータを介してトリップバーを作動させるようにしたものである。
【０００８】
また、アークガス放出孔は、アークユニットのケースの側面に穿設されたケース貫通孔と、クロスバーのロータ部に穿設されたロータ貫通孔とを有し、開閉機構がクロスバーを介して可動接触子を閉路状態にしているときは、ケース貫通孔とロータ貫通孔が連通し、開閉機構がクロスバーを介して可動接触子を開路状態にしたときは、ケース貫通孔がクロスバーのロータ部により閉塞されるように構成したものである。
【０００９】
また、引外し用アクチュエータは、一端にアークガス放出孔を閉塞する弁部を、他端に引外し機構に係合する係合部を備え、弁部は、アークガス放出孔から放出されるアークガスの圧力により作動し、この作動に応動して引外し用アクチュエータの他端の係合部がトリップバーを作動させるようにしたものである。
【００１０】
また、接触子機構が開離したとき発生するアークガスがアークガス放出孔に向かって流れるアークガス通路の一つを、上記接触子機構の接点の近傍における、クロスバーのロータ部外側円周面とアークユニットのケースの内壁面との対向面に設けたものである。
【００１１】
さらに、クロスバーのロータ部外側円周面とアークユニットのケースの内壁面との対向面に設けたアークガス通路の間隙は、ロータ隔壁と可動接触子との間隙よりも広く形成されたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示す回路遮断器の断面図である。図において、１０は筐体であり、ベース１１とカバー１２と補助カバー１３とからなっており、いずれも合成樹脂材料で形成されている。１４は同様の材料で形成されたハンドルである。３５はクロスバーであり、合成樹脂材料からなるロータ部１５と連結ピン１６を介して、各極のクロスバー３５が一体的に連結されている。この連結ピン１６は、中央極において後述の開閉機構３０に連結されている。１７は固定接触子であり、固定接点１７ａを有している。１８は可動接触子であり、可動接点１８ａを有し、軸１９によりロータ部１５に対し回動可能に保持されている。
【００１３】
この可動接触子１８は可動子ばね２１により矢印Ｃ方向に付勢されている。即ち、可動子ばね２１はひねりばねであり、一端がロータ部１５の外周部に係合され、他端を可動接触子１８に係合することにより可動接触子１８が矢印Ｃ方向に付勢されている。従って、可動接触子１８はロータ部１５に関係なく可動子ばね２１に抗して矢印Ｄ方向に回動できるようになされている。また、この可動接触子１８はクロスバー３５の回動動作に連動するものである。即ち、後述の開閉機構３０の動作によりクロスバー３５のロータ部１５が回動すれば、その回動に可動接触子１８が従動するようになされている。上記の構成において、固定接触子１７、可動接触子１８及びクロスバー３５などにより接触子機構が構成されている。
【００１４】
２０は可動子ホルダであり、一対の接続導体２０ａが可動接触子１８の両側面を両側から挟み、可動子ばね２１に押圧されて電気的接触を保持するように形成されている。また、可動子ホルダ２０は、図５に示すように、過電流引き外し装置（図示せず）を接続するための接続面２０ｂを有している。２２はトリップバーであり、過電流引き外し装置の動作に連動して回動される。トリップバー２２が軸２８を支点として反時計方向に回動したとき、開閉機構３０が作動する。この作動によりクロスバー３５を回動させて可動接触子１８を固定接触子１７から開離させ自動遮断（トリップ）するように構成されている。なお、ハンドル１４により開閉機構３０を作動できることは周知の通りである。
【００１５】
２３は接触子機構及び消弧装置などにより構成されたアークユニットである。即ち、２３ａは第一のケース、２３ｂは第二のケースであり、いずれも合成樹脂で形成され、固定接触子１７と、可動接触子１８と、可動子ホルダ２０と、可動子ばね２１と、軸１９と、クロスバー３５とで構成される接触子機構と、消弧装置（図示せず）が収納されている。上記の第一のケース２３ａと第二のケース２３ｂは各極毎に複数のリベット２４で結合してユニット化されている。なお、第一のケース２３ａの側壁には第一のケース貫通孔２３ｃが、第二のケース２３ｂの側壁には第二のケース貫通孔２３ｄが穿設されている。クロスバー３５のロータ部１５の一対の側壁にはロータ貫通孔１５ａが穿設されている。
【００１６】
このロータ貫通孔１５ａとケース貫通孔２３ｃ、２３ｄの関係は、開閉機構３０がクロスバー３５を介して可動接触子１８を閉路状態にしているときは、上記ケース貫通孔２３ｃ、２３ｄとロータ貫通孔１５ａが連通してアークガス放出孔の主要部が形成される。このアークガス放出孔は、開閉機構３０がクロスバー３５を介して可動接触子１８を開路状態にしたときは、ロータ部１５が回動するので、ケース貫通孔２３ｃ、２３ｄがロータ部１５により閉塞される。即ち、開口していたアークガス放出孔が閉じられるように構成されている。
【００１７】
２５はベース１１及びカバー１２の内部に形成された相間ブロックであり、図２に示すように、基板部２５ａと、この基板部２５ａから両側に突出した隔壁２５ｂが形成されている。そして、この隔壁２５ｂとアークユニット２３の第一のケース２３ａの外壁面２３ｅとの間で第一のケース貫通孔２３ｃと連通する第一の通気溝２５ｃが形成されている。また、隔壁２５ｂとアークユニット２３の第二のケース２３ｂの外壁面２３ｆとの間で第二のケース貫通孔２３ｄと連通する第二の通気溝２５ｄが形成されている。なお、ロータ貫通孔１５ａと、第一のケース貫通孔２３ｃ及び第二のケース貫通孔２３ｄと、第一の通気溝２５ｃ及び第二の通気溝２５ｄとでアークガス放出孔の全体が形成されている。
【００１８】
２６は引外し用アクチュエータであり、図１に示すように、一端にトリップバー２２と係合する係合部２６ａと、他端に弁部２６ｂが形成され、軸３１により回動自在に軸支されている。２７は引外し用アクチュエータ２６を反時計方向に付勢するひねりばねであり、常時は弁部２６ｂが第一の通気溝２５ｃ及び第二の通気溝２５ｄを塞ぐ方向に付勢している。
【００１９】
このように構成された回路遮断器においては、短絡電流のような大電流が流れると、初期状態においては、固定接触子１７及び可動接触子１８に流れる互いに逆方向の平行電流のため、固定接触子１７及び可動接触子１８が電磁反発する。この電磁反発により可動接触子１８が固定接触子１７から開離し、固定接点１７ａと可動接点１８ａの間にアークＡが発生する。続いて、このアークＡはガス状となり周囲の気体を急激に膨張させ、爆風となってアークユニット２３内の空間全域に流動する。
【００２０】
このアークガスの爆風は、図示しない消弧装置により誘導され外部へ排出されるとともに、例えば図２に矢印Ｂに示す方向にも流動し、ロータ貫通孔１５ａからケース貫通孔２３ｃ，２３ｄを通って相間ブロック２５の通気溝２５ｃ，２５ｄに向かって放出される。この通気溝２５ｃ，２５ｄに向かって放出されるアークガスの爆風により、引外し用アクチュエータ２６の弁部２６ｂが押圧されて左方向へ駆動する。これにより、図３に示すように、引外し用アクチュエータ２６は軸３１を支点として時計方向に回動される。この引外し用アクチュエータ２６の回動により、係合部２６ａがトリップバー２２と係合し、トリップバー２２を反時計方向に回動する。この回動により周知のトグルリンク機構による開閉機構３０との係合が解除されて、アークＡ発生後のより速い時間に自動遮断（トリップ）が行われ、図４に示す状態となる。
【００２１】
次に、自動遮断の終期においては、図４に示すように、開閉機構３０がトリップすると、ロータ部１５は軸１９を支点として反時計方向に回動する。この回動により、両接点１７ａ、１８ａが閉路状態であった時に貫通していたロータ貫通孔１５ａと貫通孔２３ｃ、２３ｄ及び通気溝２５ｃ，２５ｄは、ロータ部１５の回動によって連通しなくなり、アークガスの爆風が通気溝２５ｃ，２５ｄに流入しなくなる。従って、引外し用アクチュエータ２６の弁部２６ｂを押圧する圧力が低下し、弁部２６ｂが通気溝２５ｃ，２５ｄを閉塞する。これにより、トリップ動作後は、アークガスによって溶融された金属粒や高温ガスがアークユニット２３外の負荷側へ噴出するのを防ぐことができる。
【００２２】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２を示す回路遮断器のアークユニットを示す断面図であり、回路遮断器が閉路状態を示す。図７は、図６の線イーイに沿う断面図である。図８は、回路遮断器が電磁反発した状態のアークユニットを示す。図９は、回路遮断器がトリップした状態のアークユニットを示す。なお、図６〜図９は、後述のような問題点の解決を説明するために、いずれも回路遮断器を縦取付、つまり、ロータ部に対して接点側を上側とした取付状態を示す。
【００２３】
図において、１５ｂはロータ部１５の外側円周面に形成されたアークガス通路である。このアークガス通路１５ｂは、接触子機構が開離したとき発生するアークガスがアークガス放出孔（ケース貫通孔２３ｃ、２３ｄとロータ貫通孔１５ａ）に向かって流れるアークガス通路の一つであり、図７に示すように、接触子機構の接点１７ａ，１８ａの近傍であり、かつ、ロータ部１５の外側円周面がケース２３ａ，２３ｂの側面２３ｍ，２３ｎと対向する部分に設けられている。なお、アークガス通路１５ｂは、図ではロータ部１５の外側円周面に設けたものを示しているが、ケース２３ａ，２３ｂの側面２３ｍ，２３ｎに設けてもよい。
図７に示す１５ｄもアークガス通路の一つであり、このアークガス通路１５ｄは、ロータ隔壁１５ｃと可動接触子１８の側面との間隙Ｇの部分に形成されたものである。上記アークガス通路１５ｂは、このアークガス通路１５ｄの間隙Ｇよりも広く形成されている。
【００２４】
このように構成された回路遮断器によれば、短絡電流のような大電流が流れると、実施の形態１における説明の動作と同様な動作が行われる。即ち、初期状態においては、図８に示すように、固定接触子１７と可動接触子１８が電磁反発し、可動接触子１８が固定接触子１７から開離すると、固定接点１７ａと可動接点１８ａの間にアークＡが発生する。続いて、このアークＡはガス状となり周囲の気体を急激に膨張させ、爆風となってアークユニット２３内の空間全域に流動する。
【００２５】
このアークガスの爆風は、主として消弧装置５０により誘導され外部へ排出されるが、例えば図８に示す矢印Ｂ及び矢印Ｅ方向にも流動し、アークガス通路１５ｂ、あるいは、アークガス通路１５ｄを通り、ロータ貫通孔１５ａからケース貫通孔２３ｃ，２３ｄを通って相間ブロック２５の通気溝２５ｃ，２５ｄ（図２に示す）に向かって放出される。
【００２６】
この後の動作は、実施の形態１で述べたものと同様であり省略するが、トリップバー２２（図４に示す）が回動し、周知のトグルリンク機構による開閉機構３０（図４に示す）との係合が解除されて、アークＡ発生後のより速い時間に自動遮断（トリップ）が行われ、アークユニットは図９に示す状態となる。
【００２７】
この実施の形態２の構成によれば、ロータ部１５の外側円周面にアークガス通路１５ｂを設けることにより、アークガスがアークガス通路１５ｂを通って矢印Ｅ方向からもロータ貫通孔１５ａに流入するので、ロータ貫通孔１５ａから放出されるアークガスの放出速度が増し、引外し用アクチュエータ２６を介してより速くトリップバー２２を回動させて開閉機構３０を動作させ、アーク発生後のより速い時間に回路遮断器をトリップ動作させることができる。
【００２８】
また、アークガス通路１５ｂを間隙Ｇよりも広く形成することにより、アークガスが矢印Ｂ方向よりも矢印Ｅ方向に多く流れるようになるので、可動接触子１８に回転モーメントを与える可動子ばね２１の腕部２１ａが、矢印Ｂ方向を流れる高温のアークガスに曝されて劣化するのを少なくすることができる。
【００２９】
また、ロータ部１５の外側円周面とアークユニットのケース２３ａ，２３ｂの側面２３ｍ，２３ｎの内壁面との対向面にアークガス通路１５ｂを設けることにより、ロータ部１５とケース２３ａ，２３ｂの側面２３ｍ，２３ｎ間のアークガスの流れが良くなる。従って、可動接触子１８が固定接触子１７から開離したときに、アークによって溶融された金属粒等が発生しても、この金属粒等がロータ部１５外側円周面とケース２３ａ，２３ｂの側面２３ｍ，２３ｎとの間に堆積することがないので、溶融された金属粒等によりロータ部１５の回動が悪くなり、可動接触子１８が閉路しなくなるなどの問題を防止することができる。
【００３０】
なお、金属粒等がロータ部外側円周面とケース２３ａ，２３ｂの側面２３ｍ，２３ｎとの間に堆積してロータ部１５の回動が悪くなることは上述の通りであるが、この問題は回路遮断器を縦取付とした場合に大きい。つまり、接点１７ａ，１８ａがロータ部１５の外側円周の近傍にあるので、接点１７ａ，１８ａの間に、アークによって溶融された金属粒等が発生したとき、ロータ部１５の、円周面の上に落下し易い。落下した金属粒等は堆積して、上記のように、ロータ部１５の回動を阻害する原因になる。アークガス通路１５ｂはこの問題点の解決にも寄与している。
【００３１】
【発明の効果】
この発明の回路遮断器によれば、短絡電流等の大電流を高速度で自動遮断させることができるとともに、アークによって溶融された金属粒や高温ガスがアークユニット外の負荷側へ噴出しなくなるので、繰返し遮断動作後の筐体内の絶縁劣化を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す回路遮断器の閉路状態を示す断面図である。
【図２】図１の線ア−アに沿う要部断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す回路遮断器の電磁反発状態を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す回路遮断器のトリップ状態を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示す回路遮断器の斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態２を示す回路遮断器のアークユニットの閉路状態を示す断面図である。
【図７】図７の線イーイに沿う断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２を示す回路遮断器のアークユニットの電磁反発状態を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２を示す回路遮断器のアークユニットのトリップ状態を示す断面図である。
【図１０】従来の回路遮断器を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す回路遮断器が電磁反発動作した初期の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０筐体、１１ベース、１２カバー、１３補助カバー、
１４ハンドル、１５ロータ部、１５ａロータ貫通孔、
１５ｂアークガス通路、１５ｃロータ隔壁、１７固定接触子、
１８可動接触子、２２トリップバー、２３アークユニット、
２３ａ第一のケース、２３ｂ第二のケース、
２３ｃ第一のケース貫通孔、２３ｄ第二のケース貫通孔、
２５相間ブロック、２５ａ第一の通気溝、２５ｂ第二の通気溝、
２６引外し用アクチュエータ、２６ａ係合部、２６ｂ弁部、
３０開閉機構、３５クロスバー。

Claims

通電回路に短絡電流が流れたとき可動接触子と固定接触子の間で電磁反発が生じるように形成された接触子機構と、上記接触子機構の可動接触子にクロスバーを介して連結することにより上記可動接触子を開閉動作させる開閉機構と、上記通電回路の電流が所定値を超過したとき、トリップバーを作動させて上記開閉機構を介して上記接触子機構を開離させる引外し機構と、上記接触子機構が開離したとき発生するアークを所定方向に誘引する消弧装置と、上記各機構及び装置を収納するように形成された筐体とを有する回路遮断器において、上記接触子機構と上記クロスバー及び消弧装置を絶縁材料製のケースに収納すると共に、上記接触子機構が電磁反発状態のときは開口しており、上記接触子機構が開閉機構を介して開離状態になったときは閉塞されるアークガス放出孔を有するアークユニット、上記アークガス放出孔の開口部に近接して配置された引外し用アクチュエータを備え、上記接触子機構の電磁反発時に上記アークガス放出孔から放出されるアークガスの圧力により、上記引外し用アクチュエータを介して上記トリップバーを作動させるようにしたことを特徴とする回路遮断器。
アークガス放出孔は、アークユニットのケースの側面に穿設されたケース貫通孔と、クロスバーのロータ部に穿設されたロータ貫通孔とを有し、開閉機構がクロスバーを介して可動接触子を閉路状態にしているときは、上記ケース貫通孔とロータ貫通孔が連通し、上記開閉機構が上記クロスバーを介して上記可動接触子を開路状態にしたときは、上記ケース貫通孔が上記クロスバーのロータ部により閉塞されるように構成したものであることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
引外し用アクチュエータは、一端にアークガス放出孔を閉塞する弁部を、他端に引外し機構に係合する係合部を備え、上記弁部は、上記アークガス放出孔から放出されるアークガスの圧力により作動し、この作動に応動して上記引外し用アクチュエータの他端の係合部がトリップバーを作動させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の回路遮断器。
接触子機構が開離したとき発生するアークガスがアークガス放出孔に向かって流れるアークガス通路の一つを、上記接触子機構の接点の近傍における、クロスバーのロータ部外側円周面とアークユニットのケースの内壁面との対向面に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回路遮断器。
クロスバーのロータ部外側円周面とアークユニットのケースの内壁面との対向面に設けたアークガス通路の間隙は、ロータ隔壁と可動接触子との間隙よりも、広く形成されたものであることを特徴とする請求項４記載の回路遮断器。