JPH0126028Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は回路しや断器に関するものであり、
特にしや断時における限流性能を向上させた回路
しや断器に関するものである。

第１図ａは一般的な回路しや断器を示す断面平
面図であり、第１図ｂは第１図ａの線ｂ−ｂにお
ける側断面図である。第１図ａ，ｂにおいて、
今、可動接点３０２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２０
２→可動接点３０２→可動導体３０１の経路で流
れる。

この状態において、短絡電流等の大電流がこの
回路に流れると、操作機構部４が作動して可動接
点３０２を固定接点２０２から開離させる。この
とき、固定接点２０２と可動接点３０２間にはア
ークＡが発生し、固定接点２０２と可動接点３０
２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３０２の開離
距離が増大するに従つて上昇する。また、同時に
アークＡが消弧板５の方向へ磁気力によつて引き
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、しや断が完結する。このよ
うなしや断動作中において、可動接点３０２と固
定接点２０２との間には、アークＡによつて短時
間、すなわち数ミリ秒の内に大量のエネルギーが
発生する。そのために、包囲体１内の気体の温度
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１０１から大気中に放出さ
れる。

回路しや断器およびその内部構成部品は、その
しや断に際して上記のような動作をするが、次の
固定接点２０２と可動接点３０２との動作につい
て特に説明する。一般にアーク抵抗Ｒは次のよう
な式で与えられる。

Ｒ＝ρｌ／Ｓ ただし、 Ｒ：アーク抵抗（Ω） ρ：アーク抵抗率（Ω・cm） ｌ：アーク長さ（cm） Ｓ：アーク断面積（cm²） ところが、一般に数KA以上の大電流でかつア
ーク長さｌが50mm以下の短いアークＡにおいて
は、アーク空間は表面にアークの足が存在するそ
の導体の金属粒子によつ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、導体表
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、放出時においては導体の金
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ーの注入を受け
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従つ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つて定まる。したがつて、
アーク電圧も、このような金属粒子の挙動によつ
て、決定されているものである。次に、このよう
な金属粒子の挙動を第２図を用いて説明する。な
おＸ面を接点部材にて構成した場合にも金属粒子
のふるまいは以下の説明となんら変るところがな
い。

第２図において、一対の導体８，９は相対向す
る一対の金属製円柱状の一般的な導体であつて、
導体８は陽極であり、導体９は陰極である。また
導体８，９のそれぞれのＸ面は導体８，９が接触
する場合の接触面となる対向面であり、導体８，
９のそれぞれのＹ面はそれぞれの対向面であるＸ
面以外の電気的接触面である導体表面を示す。Ｘ
面を接点部材で構成しても以下金属粒子の振舞い
はなんら変ることはない。また図中一点鎖線で示
す輪かくＺは導体８，９間に発生するアークＡの
外かくを示し、さらに、金属粒子ａおよび金属粒
子ｂは、導体８，９のＸ面およびＹ面から蒸発等
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によつて示した各流線の方向である。

このような導体８，９から放出された金属粒子
ａ，ｂは、アーク空間のエネルギーによつて導体
金属の沸点温度である約3000℃程度から、導電性
を帯びる温度、すなわち8000℃以上、またはさら
に高温の20000℃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ーを奪い去り、
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ー量は、金属粒子の昇
温の程度が大きい程大きく、その昇温の程度は、
導体８，９から発した金属粒子ａ，ｂのアーク空
間における位置および放出経路によつて定まる。

さらに導体８，９から発した金属粒子ａ，ｂの
経路は、アーク空間の圧力分布によつて定まる。
そのアーク空間の圧力は、電流自身のピンチ力と
金属粒子ａ，ｂの熱膨張とのかね合いによつて決
定される。ピンチ力は電流の密度によつてほぼ決
定される量であり、これはすなわち導体８，９上
のアークＡの足の大きさによつて決定される。一
般には金属粒子ａ，ｂはピンチ力によつて決定さ
れた空間を、熱膨張しながら飛行すると考えても
よい。

また導体８，９上におけるアークＡの足に制限
を加えない場合には、金属粒子ａは片側の導体９
から他の導体８に一方的にベーパー・ジエツトし
て吹き付けることが知られている。このように片
側の導体９から他の導体８に向けて、金属粒子ａ
が一方的に吹き付ける際には、アークＡの陽光柱
に注入される金属粒子ａは、ほぼ片側導体９から
のみ供給されるのである。第２図では一例として
陰極からの陽極へ強く吹き付けが行なわれている
ものを示したが、この逆方向の吹き付けの場合も
ある。

次に、上記の事情を説明する。第２図におい
て、何らかの理由で導体９から導体８にむけて一
方的に吹き付けが生起しているとする。導体９の
対向面であるＸ面から発する金属粒子ａは、導体
界面に直角に、すなわち陽光柱に向かつて飛行し
ようとする。このとき、導体９のＸ面を発した金
属粒子ａはピンチ力によつて生じた圧力によつて
陽光柱に注入される。他方の導体８のＸ面を発し
た金属粒子ａは陽光柱の中の粒子の流れに押され
てＸ面の外角方向に排出され陽光中に入りきらず
瞬時に系外に逃げ去ることになる。このように導
体８から発せれるものと導体９から発せられるも
のとで金属粒子ａの動きが第２図中の矢印ｍ，
m′の流線に示したように異なるのは前述したよ
うに導体界面におけるピンチ力により生じる圧力
に差があることによるものである。こうして、導
体９の一方向からの吹きつけは、吹きつけられる
側の導体８を熱し、導体８の表面上のアークの足
（陽極点・陰極点）をその正面のＸ面からそれ以
外の面へと拡大させる。このために導体８の導体
界面上の電流密度は低下し、かつアークの圧力も
低下する。したがつて、ますます導体９からの一
方向の吹きつけを強めることになる。このように
生じたそれぞれの導体８，９を発した金属の粒子
ａの飛行経路の差は、アーク空間から奪い去るエ
ネルギー量の差となる。つまり、導体９のＸ面を
発した金属粒子ａは、陽光柱から充分にエネルギ
ーを吸収し得るが、導体８のＸ面を発した金属粒
子ａは充分にエネルギーを吸収し得ず、有効にア
ークＡを冷却しないままに系外に放出されてしま
う。また導体８，９のＹ面から発する金属粒子ｂ
は、図中の矢印ｎに流線に示すように、アークＡ
から充分な熱を奪わないばかりか、アーク断面積
Ｓを増大させ、かつアークＡのアーク抵抗Ｒを低
下させることになる。

このように、一方の導体９からの吹き付けがあ
る場合には、陽光柱の金属粒子ａによる冷却の効
率が悪くなり、また両方の導体８，９の対向面以
外の面であるＹ面から発生する金属粒子ｂが陽光
柱冷却になんら寄与せず、しかもアーク断面積Ｓ
を増大させることにより、アーク抵抗Ｒも低下す
る。したがつて、一方の導体から他方の導体へ一
方的な金属粒子の吹き付けが存在するとアーク電
圧を上昇させるうえでは不利であり、したがつて
しや断時の限流性能を向上させ得ない。

一般に従来の回路しや断器に使用されている固
定接触子および可動接触子は第２図のモデルの導
体と同様に対向面の表面積が大きく、したがつて
生じたアークの足の大きさの制限が加わらないだ
けでなく対向面以外にもその側面等に露出面を有
するので、第２図において説明したように、両接
触面に生じるアークの足（陽極点または陰極点）
の位置および大きさに別段に制限が加えられてい
ないため、第２図について説明した機構で一方の
接触子から他方の接触子に対して金属粒子ａの一
方的な吹き付けが行なわれ、このためアーク断面
積Ｓが大きくなり、上述のようにしや断時の限流
性能を向上させ得ない欠点があつた。

上述から明らかなように、互いに対向する導体
８，９間にアークＡが発生した場合、これをしや
断することはきわめて困難である。

たとえば、従来、上記両導体８，９の対向面に
接点（図示せず）をそれぞれ形成し、一方の接点
の近傍に位置して上記導体８，９上にアーク転流
用の突起を設け、、両接点間に発生したアークの
足を迅速に上記突起に転流させ、もつて、この突
起の近傍にある消弧板で上記アークを消弧させる
とともに、上記アーク電流による接点の消耗を極
力防止しようとするものが知られている。（実開
昭50−83549号参照） また、上記両接点間に発生したアークの足を迅
速に消弧板側に移動させるためのアーク走行路
を、一方の接点の近傍に位置して上記導体上に突
設したものも知られている。（特開昭53−95277号
および実開昭52−43666号参照） しかしながら、上記のようなアーク転流用突起
やアーク走行路を上記導体上に形成したとして
も、第２図の説明からも明らかなように、上記突
起や走行路の有無にかかわらず、アークＡそれ自
体が広がりを有しているから、アークＡが上記接
点はもとより突起や走行路にも共に流れ、アーク
を迅速にしや断するという所期の目的を達成する
ことができない。

つまり、アーク空間における前述したアーク抵
抗率ρが低くかつアーク断面積ｓも大きいため、
アーク抵抗値Ｒが低く、したがつて、アーク電圧
を上昇させることができないから、アークＡのし
や断性能をさほど向上させることができない。

なお、上記導体とは別部材の高抵抗かつ高融点
の金属部材を上記両接点に接触させるとともに、
互いに対向させて上記両導体にそれぞれ突設し、
上記アーク転流用突起とアーク走行路との両機能
をもつたものが知られている。（実開昭50−87451
号参照） しかし、この場合でも、上記両公知例と同様の
欠点があることは第２図の説明からも明らかであ
る。

さらに、従来、第３図ａ，ｂで示すように、上
記接点２０２，３０２を取り囲むとともに、上記
接点２０２，３０２に接触させて、上記両導体
２，３の対向面に鉄板やステンレスからなる耐弧
性冷却板６，７を固定し、第３図ｂで示すよう
に、上記接点２０２，３０２間に強大なアークＡ
が流れた際に発生する熱で、上記接点２０２，３
０２のろう付け部が導体２０１，３０１から溶融
離脱するのを防止しようとするものが知られてい
る。（実開昭49−12457号参照） つまり、上記耐弧性冷却板６，７は接点２０
２，３０２に発生する熱を放散させて上記接点２
０２，３０２のろう付け部を冷却させる放熱板と
しての機能を有する。また、上記接点２０２，３
０２のろう付け部の冷却効果を高めようとすれ
ば、上記両接点２０２，３０２間に発生したアー
クＡの足が上記両接点２０２，３０２に集中しな
いようにしなければならないから、上記耐弧性冷
却板６，７は鉄板やステンレスのような導電板か
ら構成されることが肝要である。その場合、当然
のことながら、上記耐弧性冷却板６，７は電気抵
抗値を高くして、アークＡの発生を抑制すること
が好ましいけれども、この電気抵抗値を高くしす
ぎると、、上記両接点２０２，３０２間に発生し
たアークＡの足が上記両接点２０２，３０２のみ
に集中して高温となるから、接点２０２，３０２
のろう付け部の溶融離脱を防止するという所期の
目的を達成することができない欠点を有する。

そのため、上記耐弧性冷却板６，７の電気抵抗
値を抑制すれば、アークＡのしや断性能が低下す
る欠点を有する。

この考案は上記欠点を改善するためになされた
もので、アークのしや断性能が良く、接点の離脱
や摩耗を防止することができる回路しや断器を提
供することを目的とする。

以下、この考案の実施例を図面にしたがつて説
明する。

第４図ａはこの考案による回路しや断器の一実
施例を一部切欠して示す概略的な平面図、第４図
ｂは第４図ａのｂ−ｂ線に沿う断面図であつて、
第１図と同一部分には同一符号を付して、その詳
しい説明を省略する。

図において、２０３，３０３はアーク走行用の
導電性突起部で、この突起部２０３，３０３は固
定接点２０２および可動接点３０２の近傍でかつ
上記各接点２０２，３０２の表面高さよりも低い
表面高さで消弧板５側へ延びて、第５図ａ，ｂで
示すように固定導体２０１と可動導体３０１に接
続された状態で固着されている。

６，７は耐熱性を有する電気絶縁物からなる圧
力反射体で、各圧力反射体６，７は耐熱性を有す
る電気絶縁物、たとえば、フエノール樹脂やポリ
ブチレンテレフタレート樹脂のような有機絶縁
物、あるいはセラミツクスのような無機絶縁物か
ら構成されている。

上記圧力反射体６は第５図ｂで示すように、固
定接点２０２と上記導電性突起部２０３に対応さ
せて嵌入穴６０２と溝６０１が形成され、各嵌入
穴６０２と溝６０１が上記固定接点２０２と突起
部２０３に嵌入されることによつて、可動導体３
０１に対向する上記固定導体２０１の外表面が被
覆されるように構成されている。上記圧力反射体
６は上記突起部２０３の表面高さよりも薄肉に形
成されており、上記圧力反射体６が固定導体２０
１の外表面に被着されたとき、上記固定接点２０
２および突起部２０３は上記圧力反射体６の外表
面から突出するように構成されている。

また、上記圧力反射体７は第５図ａで示すよう
に、可動接点３０２と上記導電性突起部３０３に
対応させて嵌入穴７０２と溝７０１が形成され、
各嵌入穴７０２と溝７０１が上記可動接点３０２
と突起部３０３に嵌入されることによつて、上記
固定導体２０１に対向する可動導体３０１の外表
面が被覆されるように構成されている。上記圧力
反射体７は上記突起部３０３の表面高さよりも薄
肉に形成されており、上記圧力反射体７が可動導
体３０１の外表面に被着されたとき、上記可動接
点３０２および突起部３０３は上記圧力反射体７
の外表面から突出するように構成されている。

上記構成において、第４図ｂで示すように、短
絡事故等による上記両接点２０２，３０２の開離
時に、上記接点２０２，３０２間に発生する過大
なアークＡ１の足は、上記両接点２０２，３０２
が電気絶縁物からなる圧力反射体６，７で囲まれ
ているため、上記接点２０２，３０２にしぼり込
まれ、このしぼり込まれたアークＡ１は上記圧力
反射体６，７や導電性突起部２０３，３０３に拡
散することがない。

上記接点２０２，３０２にしぼり込まれたアー
クＡ１の足はこのアークＡ１の作る磁界により、
上記導電性突起部２０３，３０３に沿つて消弧板
５の方向へ高速度で移動させることができる。

この移動過程でも、導電性突起部２０３，３０
３が電気絶縁物からなる圧力反射体６，７で囲ま
れているため、上記導電性突起部２０３，３０３
にしぼり込まれ、上記圧力反射体６，７や両接点
２０２，３０２に拡散することがない。

したがつて、アーク空間における前述したアー
ク抵抗率ρが上昇するとともにアーク断面積ｓが
きわめて小さくなるから、アーク抵抗値Ｒがきわ
めて高くなり、導電性突起部２０３，３０３に移
動したアークＡ２のアーク電圧を異常に上昇させ
ることができ、アークＡ２のしや断性能を著しく
向上させることができる。

とくに、上記構成にしたがえば、アーク走行用
の導電性突起部２０３，３０３は固定接点２０２
および可動接点３０２の表面高さよりも低い表面
高さに設定されており、上記両突起部２０３，３
０３間の距離は上記両接点２０２，３０２間の距
離よりも長いから、アークＡ２のアーク抵抗値Ｒ
はアークＡ１のアーク抵抗値Ｒよりも高い。

したがつて、上記両接点２０２，３０２の開離
開始時における上記接点２０２，３０２間に発生
する過大なアークＡ１の足は、上記接点２０２，
３０２にしぼり込まれ、このしぼり込まれたアー
クＡ１は上記両接点２０２，３０２の開離距離の
拡大にともなつて、このアークＡ１の作る磁界に
より、上記導電性突起部２０３，３０３に沿つて
消弧板５の方向へより一層の高速度で移動させる
ことができ、もつてアークＡ２のしや断性能を一
層向上させることができる。

また、上記両接点２０２，３０２間に発生した
アークＡ１の足が迅速に導電性突起部２０３，３
０３に移動させることができ、しかも、この移動
したアークＡ２を高速度でしや断することができ
るから、両接点２０２，３０２のろう付け部の溶
融離脱や両接点２０２，３０２の消耗を有効に防
止することができる。

さらに、上記接点２０２，３０２の表面高さが
上記導電性突起部２０３，３０３の表面高さより
も高く、かつ上記導電性突起部２０３，３０３の
表面高さが圧力反射体６，７よりも高く設定され
ているから、上記両接点２０２，３０２や導電性
突起部２０３，３０３の消耗にもとづくアークＡ
１，Ａ２のしぼり込みと、アークＡ２のしや断性
能の劣化を有効に防止して、その長寿命化を達成
することができる。

なお、上記圧力反射体６，７は高温にさらされ
るものであるから、耐熱性を有するものであるこ
とはいうまでもない。

また、上記実施例においては、圧力反射体６，
７が可動および固定導体２０１，３０１の両者に
設定した場合について説明したけれども、少なく
とも導電性突起部２０３，３０３の突設された導
体側に設ければ所期の目的を達成することができ
ることは上述から明らかである。

しかも、その場合、導電性突起部は可動導体２
０１に突設しても、あるいは可動および固定導体
２０１，３０１の両者に突設してもよいことはい
うまでもない。

以上のように、この考案によれば、固定および
可動導体のうちの少なくとも一方側にアーク走行
用の導電性突起部を設け、上記導体上に耐熱性を
有する電気絶縁物からなる圧力反射体を上記突起
部と接点の各表面が露出した状態で設定するとと
もに、上記突起部の表面高さが上記接点の表面高
さよりも低く設定したから、上記両接点の開離時
にこれら両接点間に発生するアークを、上記圧力
反射体で囲まれた接点にしぼり込んだのち、この
しぼり込んだ状態でアーク走行用突起部に移動さ
せることができる。

したがつて、上記接点にしぼり込まれたアーク
のアーク電圧を異常に上昇させるとともに、この
アークの移動を高速度化し、もつて、アークのし
や断性能を著しく向上させることができるととも
に、接点の離脱や消耗を防止することができる。

また、上記接点の表面高さが上記導電性突起部
の表面高さよりも高く、かつ上記導電性突起部の
表面高さが圧力反射体の肉厚よりも高く設定した
から、上両接点や導電性突起部の消耗にもとづく
アークのしぼり込みと、アークのしや断性能の劣
化を有効に防止して、その長寿命化を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の回路しや断器の一例を一部切
欠して示す概略的な平面図、第１図ｂは第１図ａ
のｂ−ｂ線に沿う断面図、第２図は従来の回路し
や断器におけるアーク中の金属粒子の挙動の模式
的説明図、第３図ａは従来の回路しや断器の一例
を一部切欠して示す概略的な平面図、第３図ｂは
第３図ａのｂ−ｂ線に沿う断面図、第４図ａはこ
の考案による回路しや断器の一実施例を一部切欠
して示す概略的な平面図、第４図ｂは第４図ａの
ｂ−ｂ線に沿う断面図、第５図ａ，ｂは同要部の
斜視図である。 １……筐体、５……消弧板、６，７……圧力反
射体、２０１……固定導体、２０２……固定接
点、３０１……可動導体、２０３，３０３……導
電性突起部、３０２……可動接点、Ａ１，Ａ２…
…アーク。なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電気絶縁性の筐体に収納されかつ一端部に固定
   接点を有する固定導体と、上記固定接点に対応す
   る可動接点を一端部に有する可動導体と、上記両
   接点の開離時にこれら両接点間に発生するアーク
   を消弧する消弧板と、上記接点の近傍でかつ上記
   消弧板側へ延びて上記固定および可動導体のうち
   の少なくとも一方側に設けられるとともに上記接
   点の表面高さよりも低く設定されたアーク走行用
   の導電性突起部と、少なくとも上記突起部が形成
   された導体上に上記導電性突起部とこれに近接す
   る接点とを露出させて設けられかつ上記接点およ
   び導電性突起部の表面高さよりも薄肉の耐熱性を
   有する電気絶縁物からなる圧力反射体とを具備
   し、上記両接点の開離時にこれら両接点間に発生
   するアークを圧力反射体でしぼり込み、このしぼ
   り込まれたアークを上記導電性突起部に沿つて上
   記消弧板側に移動させ、このアークを上記消弧板
   で消弧させるように構成したことを特徴とする回
   路しや断器。