WO2016088561A1 - 直流高速度遮断器 - Google Patents

Abstract

　この発明は、大電流から小電流においても高い遮断性能を得ることができる直流高速度遮断器を提供するものである。　消弧室は、固定側主接点、可動側主接点を両側から挟むように配置され、固定側主接点および可動側主接点で発生するアークガスを消弧室外に導く第１アークガス流通路を形成する第１絶縁側板と、固定側主接点および可動側主接点の上方側に配置され、第１絶縁側板間の間隔より大きい幅に構成され、第１アークガス流通路と連通し第１アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第２アークガス流通路を形成する複数のグリッドと、グリッドを両側から挟むように配置され、グリッドの上方側に第２アークガス流通路と連通し第２アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第３アークガス流通路を形成する第２絶縁側板とにより構成されたものである。

Description

直流高速度遮断器

　この発明は、例えば電鉄変電所用の保護遮断器などとして使用される直流高速度遮断器に関し、特に消弧室構造に関するものである。

　電鉄変電所用の保護遮断器として、直流高速度遮断器がある。直流高速度遮断器は、電流遮断時においてアーク接触子間に発生したアークをアーク接触子上部に配置されたアークランナーへと転流させ、アークランナー上を走行させることで消弧室上部に配置されたグリッドとよばれる鉄板まで短時間で導き留め、アーク伸長によるアーク抵抗の増大とグリッドで分割させることによる電極降下によって電源電圧よりも高いアーク電圧を発生させ事故電流を限流することで強制的に電流０点を作り出し遮断する必要がある。

　一方で、非常に高温なアークは周辺のアーク接触子やアークランナーを溶かし、導電性の高いアークガスを発生させる。アークは導電性の高い箇所で短絡し易い性質があるため、主接点間でアークガスが停留または流入すると、グリッドまで導かれたアークが主接点間で再び発弧する再点弧を引き起こしてしまう。再点弧すると電源電圧以上に高められたアーク電圧が１００Ｖ付近まで急落してしまうため限流が中断されてしまい遮断性能が低下してしまう。また最悪の場合、接点間でアークが短絡し続け遮断失敗に至る怖れがある。そのため、アークをグリッドまで短時間で導き確実に遮断するためにはアークガスを接点からグリッドまでスムーズに移動させ消弧室上部の開口部から効率良く排気させグリッドでアークを留めておく必要がある。

　また、直流高速度遮断器は小電流の電流を遮断できる性能を有している必要がある。しかし、小電流領域ではアークを駆動させ伸長させるための電磁力が低く、アークがアークホーン先端まで走行しないため電磁力を高める、もしくは限られた走行範囲でアーク電圧を上昇させなければ遮断できない。そのため、直流高速度遮断器は大電流から小電流まで広い電流領域を遮断できる性能を有している必要がある。

　従来の直流高速度遮断器としては、例えば特許文献１（実開平６－６０９４４号公報）に開示された構造がある。図２２に示すように、アークガスを制御し遮断性能を向上させるため例えば消弧室ＡＳの下部にアークホーンＡＨが入るように取り付けられる消弧室ＡＳにおいて、側板１３_１、１３_２のアークホーンＡＨより低い位置に貫通溝１７を設け、該貫通溝１７を通してバリヤ用絶縁板１８を着脱自在に設け、アークの下方への吹き出しを防げて消弧室ＡＳ下方の機器へのアークの地絡を防止すると共に、アークホーンＡＨと絶縁板１８間の圧力を高めて遮断性能を向上させる。

実開平６－６０９４４号公報

　上述した従来の直流高速度遮断器は、事故電流を確実に遮断するためには、アークガスを接点からグリッドまでスムーズに移動させ、消弧室上部の開口部から効率良く排気する必要がある。アークガスを接点からグリッドまで効率的に消弧室上部方向へ流れやすくするためには、アークガスの通り道となる開口部の断面積を、消弧室上部に向かうにつれ拡大させる必要がある。

　また、電流が大きくなるとアークガスの発生量も多くなるため、大電流領域ではグリッド部から接点部へのアークガスの流入を防ぐためにも開口部の断面積を大きくし、消弧室上部の開口部からの排気量を向上させる必要がある。

　しかしながら、従来の消弧室は下部から上部まで厚さが一定であり、グリッドを配置すると開口部の断面積を減少させてしまうため、アークガスが消弧室上部へと流れにくくなってしまっていた。また、消弧室上部の開口面積も小さいため大電流領域ではアークガスがグリッド部から接点部へ逆入し再点弧してしまう問題点があった。

　また、直流高速度遮断器において、高遮断性能を得るためにはグリッド部に到達した際のアーク電圧を遮断が完了するまで一定に維持しなければならない。アーク電圧を決める要素としてはグリッド枚数とアーク長があり、グリッドの枚数によりアーク電圧を調整することが可能である。

　しかし、グリッドの枚数を減らすと隣接するグリッドの間隔が長くなってしまう。アーク放電のし易さは放電する対象物との距離が短いほど放電しやすく、長いほど放電しにくくなる。そのため、グリッド間隔が長くなるとグリッド間で放電しにくくなり、絶縁距離が短い接点部で再点弧してしまう。もしくは、消弧室上部には消弧室から排気した導電性の高いアークガス存在しているため、このアークガスを介してアークが消弧室上部で短絡してしまう橋絡現象を引き起こす可能性がある。橋絡現象が起こると、アーク電圧を一定に維持できないだけでなく、遮断に必要となるアーク電圧を確保できず遮断失敗してしまう場合がある。そのため、アークをグリッド配置部で留めておくためには、グリッド間が最もアーク放電しやすい状態とすることが重要である。

　一方で、グリッド間を短くするとグリッドの枚数が多くなりアーク電圧が規格値よりも高くなるため任意のアーク電圧かつ安定維持という２つの条件を達成することが困難となる問題点があった。

　このようにアークをアークホーン上を走行させグリッドにアーク分割させてアーク電圧を高め限流遮断する方式の場合、大電流領域ではアークを走行させるローレンツ力が大きいため、アークをアークホーンの先端まで走行させ配置した全てのグリッドで分割させることができる。しかし、小電流の場合、アークを走行させるための電磁力が小さいため、アークがアークホーン先端まで走行できず全てのグリッドで分割させることができない問題があった。

　また、小電流ではアークに働く電磁力が小さいため、アークがアークホーン先端まで走行することができず、アークを広げ伸長させ電源電圧までアーク電圧を上昇させることが困難であるため遮断失敗することがある。そのため、電磁力を向上させるため、消弧室側面に磁極板を配置し小電流遮断の性能を向上させる必要がある。

　しかし、消弧室の側面に磁極板を配置すると大電流遮断時に、一部のアークガスが消弧室外の方向に吹き出し、アークガスを介してアークが磁極板で短絡してしまい遮断失敗する場合があった。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、接点間での再点弧や消弧室上部での橋絡を防止することでアーク電圧を一定に維持し、大電流から小電流においても高い遮断性能を得ることができる直流高速度遮断器を提供するものである。

　この発明に係わる直流高速度遮断器は、消弧空間が形成される消弧室と、前記消弧室の下方側に配置された固定側主接点と、前記消弧室の下方側に配置され前記固定側主接点と接離される可動側主接点とを備えた直流高速度遮断器であって、前記消弧室は、前記固定側主接点、前記可動側主接点を両側から挟むように配置され、前記固定側主接点および前記可動側主接点で発生するアークガスを前記消弧室外に導く第１アークガス流通路を形成する第１絶縁側板と、前記固定側主接点および前記可動側主接点の上方側に配置され、前記第１絶縁側板間の間隔より大きい幅に構成され、前記第１アークガス流通路と連通し前記第１アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第２アークガス流通路を形成する複数のグリッドと、前記グリッドを両側から挟むように配置され、前記グリッドの上方側に前記第２アークガス流通路と連通し前記第２アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第３アークガス流通路を形成する第２絶縁側板とにより構成されたものである。

　この発明に係わる直流高速度遮断器によれば、消弧室を、固定側主接点および可動側主接点で発生するアークガスを消弧室外に導く第１アークガス流通路を形成する第１絶縁側板および第１磁極板と、固定側主接点および可動側主接点の上方側に配置され、第１絶縁側板間の間隔より大きい幅に構成され、第１アークガス流通路と連通し第１アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第２アークガス流通路を形成する複数のグリッドと、グリッドの上方側に第２アークガス流通路と連通し第２アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第３アークガス流通路を形成する第２絶縁側板および第２磁極板とにより構成したことにより、アークガスが消弧室の上部へと流れやすくし、アークガスの排気性能を向上させ接点間での再点弧を抑制することができ、高い遮断性能を得ることができる。

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を示す側断面図である。 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の状態を示す側断面図である。 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消弧室を示す斜視図である。 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平板グリッドとＵ字グリッドを示す斜視図である。 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絶縁板を示す斜視図である。 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絶縁板と平板グリッドおよびＵ字グリッドを示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。 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消弧室上部を示す斜視分解図である。 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消弧室下部を示す斜視分解図である。 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消弧室下部を示す（ａ）正面分解図および（ｂ）側面分解図である。 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消弧室のアークガスの流れおよび開口部の関係を示す（ａ）消弧室正面断面図および（ｂ）Ａ－Ａ線における断面図である。 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消弧室のアークガスの流れやすさである開口部の開口断面積と消弧室位置の関係を示す特性図である。 この発明の実施の形態２に係わる直流高速度遮断器における消弧室のグリッド配置部におけるアーク放電とアーク電圧の関係を示す要部正面図である。 この発明の実施の形態３に係わる直流高速度遮断器における消弧室のアークの留め易さを示す正面図である。 この発明の実施の形態４に係わる直流高速度遮断器における消弧室の小電流時のアークと平板グリッドとＵ字グリッドの配置を示す正面図である。 この発明の実施の形態４に係わる直流高速度遮断器における消弧室のアークが通電導体であるアークホーンから受ける電磁力を示す特性図である。 この発明の実施の形態４に係わる直流高速度遮断器における消弧室のアークに働く電磁力を示す特性図である。 この発明の実施の形態５に係わる直流高速度遮断器における磁極板の効果を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。 この発明の実施の形態６に係わる直流高速度遮断器におけるＵ字グリッドを示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。 この発明の実施の形態７に係わる直流高速度遮断器における磁極板を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。 従来の直流高速度遮断器を示す斜視図である。 従来の直流高速度遮断器を示す（ａ）正面図および（ｂ）Ｂ－Ｂ線における断面図である。 従来の他の直流高速度遮断器を示す（ａ）正面図および（ｂ）断面図である。

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１１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の状態を示す側断面図である。

　まず、図１により直流高速度遮断器の構成について説明する。直流高速度遮断器１０１は、電流通電時において、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を上部導体１０３に接続された固定側主接点１０５と、下部導体１０４に接続した可動子１０６に接続された可動側主接点１０７とが接触し、可動子１０６が上部導体１０３と下部導体１０４を介して電流を通電させている。

　電流遮断時では、事故電流が流れると、下部導体１０４に配置された過電流検出器１０８が過電流を検出および動作し、電流通電時において、可動子１０６を保持していたラッチ１０９を解除することで、回転軸１１０を中心に可動子１０６が時計方向に回転し開極動作を行う。固定側主接点１０５および可動側主接点１０７は消弧室１０２内部に収納されており、固定側主接点１０５および可動側主接点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、固定側アーク接触子１１１と可動側アーク接触子１１２によって構成されている。

　これら固定側アーク接触子１１１と可動側アーク接触子１１２は、開極動作において、固定側主接点１０５および可動側主接点１０７の開離の後に遅れて開離することで、アークＫが固定側主接点１０５および可動側主接点１０７で発生し溶損することを防止し、固定側主接点１０５および可動側主接点１０７を保護している。

　固定側アーク接触子１１１と可動側アーク接触子１１２の上部には発生したアークＫを転流させ消弧室１０２上部へと導く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１１３と可動側アークホーン１１４によって構成されている。

　消弧室１０２の上側には、電極降下電圧およびアーク長さの延長によって、アーク電圧を高め限流遮断するための磁性を持つ薄板状の磁性体からなるグリッド１１５ａが複数配置されており、グリッド１１５ａのグリッド集合体１１５の上部側にはアークガスを消弧室１０２外部へと排気するための排気口１１６が設けられている。

　次に、図３から図９に基づいて、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消弧室の構成について説明する。図３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消弧室を示す斜視図である。図４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平板グリッドとＵ字グリッドを示す斜視図である。図５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絶縁板を示す斜視図である。図６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絶縁板と平板グリッドおよびＵ字グリッドを示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。図７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消弧室上部を示す斜視分解図である。図８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消弧室下部を示す斜視分解図である。図９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消弧室下部を示す（ａ）正面分解図および（ｂ）側面分解図である。

　消弧室１０２は、３つの構成要素から成っている。１つ目は、図３、図８、図９に示すように、固定側主接点１０５、可動側主接点１０７、固定側アーク接触子１１１、可動側アーク接触子１１２を両側から挟むように配置され、固定側主接点１０５および可動側主接点１０７で発生するアークガスを消弧室１０２外に導く第１アークガス流通路Ｒ１を形成する一対の第１絶縁側板１２３である。２つ目は、図４、図７、図９、図１０に示すように、固定側主接点１０５および可動側主接点１０７、固定側アーク接触子１１１および可動側アーク接触子１１２の上方側に配置され、第１絶縁側板１２３間の間隔より大きい幅に構成され、第１アークガス流通路Ｒ１と連通し第１アークガス流通路Ｒ１の断面積より大きい断面積の第２アークガス流通路Ｒ２を形成する複数のグリッドである平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９である。３つ目は、図７、図１０に示すように、グリッドを構成する平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９を両側から挟むように配置され、グリッドを構成する平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９の上方側に第２アークガス流通路Ｒ２と連通し第２アークガス流通路Ｒ２の断面積より大きい断面積の第３アークガス流通路Ｒ３を形成するとともに第１絶縁側板１２３間の幅より大きい幅に配置された一対の第２絶縁側板１２４であり、これら３つの構成要素により消弧室１０２が構成されている。
なお、第２絶縁側板１２４間の幅は第１絶縁側板１２３間の幅よりも大きな幅に構成され、例えば図１０に示すように約３倍の幅とされた場合を示している。

　図４から図７に示すように、消弧室１０２の内部には固定側アーク接触子１１１と可動側アーク接触子１１２側に向けてＶ字形状のノッチ１１７がそれぞれ設けられた平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９が配置されている。これら平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９によりグリッドが構成されている。

　また、図５、図６に示すように、平板グリッド１１８の板厚方向の側面にはアークＫが平板グリッド１１８から飛び出すことを防ぐために絶縁板１２０が配置され、Ｕ字グリッド１１９の側面にはアークＫがＵ字グリッド１１９から飛び出すことを防ぐために絶縁板１２０と絶縁板１２１が配置されている。

　さらに、図５から図７に示すように、平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９からなるグリッドを複数の群毎に配置した間隔絶縁板１２２を平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９の上方側に伸長した状態で配置している。

　そして、図３、図７、図８、図９に示すように、平板グリッド１１８、Ｕ字グリッド１１９および絶縁板１２０、絶縁板１２１、間隔絶縁板１２２を両側から挟むように第２絶縁側板１２４が配置され、第２絶縁側板１２４の内側に配置された絶縁板１２５に細長い溝１２５ａを設け、それらの溝１２５ａに平板グリッド１１８、Ｕ字グリッド１１９および絶縁板１２０、絶縁板１２１、間隔絶縁板１２２をはめ込んで固定している。

　また、図８、図９に示すように、第１絶縁側板１２３の内側には、遮断時において、アークＫを冷却することで消弧性能を向上させる消弧材料１２６が配置されており、その外側の第１絶縁側板１２３の内部にはアークＫに働く電磁力向上のために配置された第１磁極板１２７が配置され、アークＫが短絡することを防ぐ絶縁板１２８，１２９によって覆われるように配置されている。また、第２絶縁側板１２４の内部にはアークＫに働く電磁力向上のために配置された第２磁極板１３０が配置され、アークＫが短絡することを防ぐ絶縁板１３１によって覆われるように配置されている。

　次に、図１０に基づき、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消弧室のアークガスの流れおよび開口部の関係について説明する。第１絶縁側板１２３間には固定側主接点１０５および可動側主接点１０７で発生するアークガスを消弧室１０２外に導く第１アークガス流通路Ｒ１が形成されており、矢印Ｋ１に示すようにアークガスが第１アークガス流通路Ｒ１を流通する。

　第１アークガス流通路Ｒ１を矢印Ｋ１に示すように流通したアークガスは、平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９間の第１アークガス流通路Ｒ１の断面積より大きい断面積の第２アークガス流通路Ｒ２に矢印Ｋ２に示すように流通し、さらに、第２アークガス流通路Ｒ２を流通したアークガスは、平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９の上方側の第２アークガス流通路Ｒ２の断面積より大きい断面積の第３アークガス流通路Ｒ３に矢印Ｋ３に示すように流通する。そして、第３アークガス流通路Ｒ３を流通したアークガスは、第１絶縁側板１２３間の開口部である排気口１１６から消弧室１０２外に矢印Ｋ４に示すように導出される。

　このように、この実施の形態１においては、消弧室１０２における位置ア、位置イ、位置ウにおいて、位置ア＞位置イ＞位置ウの関係に構成されたものに対し、従来の直流高速度遮断器においては図２０及び図２１に示すように、側面外側に磁極板３３を設けた絶縁板３２の幅は、固定側主接点および可動側主接点からグリッド先端部まで同じ幅となっており、位置ア＝位置イ＝位置ウの関係となっており、両者の関係による特性は図１１に示すように、この実施の形態１においては位置ア＞位置イ＞位置ウのように消弧室１０２の下部から消弧室１０２の上部に向けてアークガス流通路の断面積を大きくしたことにより、従来のものと比較して、アークガスを流れやすくすることができ、アークガスの排気性能を向上させ接点間での再点弧を抑制し、高い遮断性能を得ることができる。

　また、第１絶縁側板１２３の内部にアークＫに働く電磁力向上のために第１磁極板１２７を配置し、第２絶縁側板１２４の内部にアークＫに働く電磁力向上のために第２磁極板１３０を配置したことにより、大電流においてアークが第１磁極板１２７、第２磁極板１３０を介して短絡し遮断失敗することを防止することが可能であり、小電流から大電流に至るまで確実に遮断することができる。

実施の形態２．
　この発明の実施の形態２を図１２に基づいて説明する。図１２はこの発明の実施の形態２に係わる直流高速度遮断器における消弧室のグリッド配置部におけるアーク放電とアーク電圧の関係を示す要部正面図である。

　Ｕ字グリッド１１９は１枚の磁性板をＵの字型に折り曲げているため、中間部は空間１３２となる。Ｕ字グリッド１１９底部の中央位置にはＶ字状のノッチ１１７が設けられており、中間部の空間１３２と貫通しアークガスが吹き抜けられる構造となる。

　平板グリッド１１８とＵ字グリッド１１９を配置した際のアーク放電の違いを説明する。平板グリッド１１８のみ配置した場合では、隣接する平板グリッド１１８間でアーク放電Ｈが発生する。Ｕ字グリッド１１９を配置した場合ではＵ字グリッド１１９底部の両端はつながっているため、中間部の空間１３２にはアーク放電は発生せず、Ｕ字グリッド１１９間でアーク放電Ｈが発生する。

　そのため、平板グリッド１１８の枚数、あるいはＵ字グリッド１１９底部の長さ（幅）や枚数を変えることでアーク放電する平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９のそれぞれの間隔、つまりアーク長１３３と電極降下する平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９の枚数を調整することができるので、任意のアーク電圧を発生させることが可能である。

　この実施の形態２によれば、グリッドとして、平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９を組み合わせて用いることにより、任意のアーク電圧を発生させることが可能である。

実施の形態３．
　この発明の実施の形態３を図１３に基づいて説明する。図１３はこの発明の実施の形態３に係わる直流高速度遮断器における消弧室のアークの留め易さを示す正面図である。

　図１３にて示す通り、消弧室１０２において、アークが留まりやすい領域は、固定側主接点１０５および可動側主接点１０７および固定側アーク接触子１１１と可動側アーク接触子１１２などの接点部付近１３６と、平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９などのグリッド配置部１３７と、平板グリッド１１８およびＵ字グリッド１１９の上方側の消弧室上部１３８に分けることができる。このうち、接点部付近１３６が最もアークが留まりやすい場合は再点弧となり、消弧室上部１３８が最もアークが留まりやすい場合はアークが消弧室上部に飛び出してしまう橋絡となり、この両者は遮断性能を低下させるもしくは遮断失敗の原因となる。

　そのため、遮断完了まで、遮断に必要となる安定したアーク電圧を維持するためにはグリッド配置部１３７を最もアークが放電しやすく留まりやすい状態とする必要がある。放電のしやすさの因子の1つであるアークガスはＵ字グリッド１１９もＶ字形状のノッチ１１７を介して中間部の空間１３２を通り、消弧室１０２の上部の排気口１１６から排気されるため、排気性能は平板グリッド１１８を配置した場合と同じである。

　また、Ｕ字グリッド１１９底部の幅や枚数比を調整することで、アークが放電しやすいグリッドの間隔とすることが可能である。そのため、Ｕ字グリッド１１９を用いることで、接点部付近１３６でのアークガスの排気しやすさは同じのまま、グリッド配置部１３７でのアークの留まりやすさは向上できる。

　よって、グリッド配置部１３７が最もアークが放電しやすく留まりやすい状態とすることで、アークはグリッド配置部１３７で安定的に維持され、遮断に必要となる電源電圧よりも高く安定した一定のアーク電圧を維持することが可能である。

　このように、グリッド間隔、アーク長を短くし、グリッド配置部１３７でアークが最も留まりやすい状態とし、遮断完了まで安定したアーク電圧を維持することができる。

実施の形態４．
　この発明の実施の形態４を図１４から図１６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１４はこの発明の実施の形態４に係わる直流高速度遮断器における消弧室の小電流時のアークと平板グリッドとＵ字グリッドの配置を示す正面図である。図１５はこの発明の実施の形態４に係わる直流高速度遮断器における消弧室のアークが通電導体であるアークホーンから受ける電磁力を示す特性図である。図１６はこの発明の実施の形態４に係わる直流高速度遮断器における消弧室のアークに働く電磁力を示す特性図である。

　この発明の実施の形態４における消弧室１０２の平板グリッド１１８とＵ字グリッド１１９は、図１４に示すように、平板グリッド１１８を中央側１３９に配置し、Ｕ字グリッド１１９を両側１４０に配置して構成している。

　アークが受ける電磁力には図１５に示すように電流Ｉが流れる通電導体であるアークホーンである固定側アークホーン１１３と可動側アークホーン１１４から磁束Ｇを受け、フレミング左手の法則に従って発生する電磁力１４２と、図１６に示すように磁性体によりアーク中心方向に働くピンチ力１４３のバランスが崩れ、磁束が弱い領域Ｇ１と磁束が強い領域Ｇ２を有する磁束１４５となることによって発生する電磁力１４４がある。小電流ではアークは通電導体から受ける電磁力１４２が小さいためアークホーンである固定側アークホーン１１３と可動側アークホーン１１４の先端部１４１ａ，１４１ｂまで走行できない。そのため、限られた範囲、つまり中央側のグリッドしか利用できない。しかし、直流電流を遮断するためには電源電圧よりも高いアーク電圧を発生させる必要がある。

　そこで、図１４に示すように、中央側１３９に平板グリッド１１８を配置することで小電流時の場合でも、中央側１３９の限られた範囲で多くの平板グリッド１１８をアークが貫通し、電極降下電圧によるアーク電圧上昇効果を有効的に得ることができ、小電流遮断の場合でも高い遮断性能を得ることが可能である。

　以上よりこの実施の形態４によれば、中央側１３９に平板グリッド１１８を配置し、両側１４０にＵ字グリッド１１９を配置することで、小電流の限られたアークの走行範囲内でも多くの電極降下によってアーク電圧上昇でき、高い小電流遮断性能を得ることが可能である。

　このように、アークを走行させ伸長させるための電磁力が低い小電流遮断時においても、限られた範囲で多くのグリッドによる電極降下によるアーク電圧上昇を効果的に利用でき、小電流遮断においても高い遮断性能を得ることができる。

実施の形態５．
　この発明の実施の形態５を図１７に基づいて説明する。図１７はこの発明の実施の形態５に係わる直流高速度遮断器における磁極板の効果を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。

　図１７で示すように、例えば第１磁極板１２７を消弧室１０２の第１絶縁側板１２３に配置すると、アークが発生する磁束１４５は第１磁極板１２７中を通過する。一方で第１磁極板１２７を配置していない場合は、磁束１４５は空気中を通過することになる。磁束１４５が第１磁極板１２７中を通過する場合、第１磁極板１２７の磁性体の磁気抵抗は空気より小さい為、磁束１４５の損失が少なくなり電磁力１４４が大きくなる。そのため、第１磁極板１２７はアーク自身が生み出す電磁力１４４を向上させる効果があり、電磁力１４２が小さい小電流遮断では特に効果的である。

　しかし、図２０および図２１に示すように、従来の消弧室３１では磁極板３３が消弧室３１の絶縁板３２の外側にむき出しのまま配置されているため、絶縁板３２で磁極板３３を覆うことができず、磁極板３３を介してアークが短絡し遮断失敗する場合があった。
　そこで、この実施の形態５においては、図８に示すように、第１磁極板１２７を消弧室１０２の第１絶縁側板１２３の内部に配置し、第２磁極板１３０を消弧室１０２の第２絶縁側板１２４の内部に配置して絶縁物で覆い固定することで直接アークが触れることがなく電気的に接続できない構成となっている。

　また、消弧室１０２は第１絶縁側板１２３側の下部と第２絶縁側板１２４側の上部とでは幅寸法が違うため、磁極板としては第１磁極板１２７と第２磁極板１３０とに分割した配置とし、第１磁極板１２７を第１絶縁側板１２３の内部に配置し、第２磁極板１３０を第２絶縁側板１２４の内部に配置した構成とし、例えば第１磁極板１２７を絶縁板１２８で覆い、第２磁極板１３０を絶縁板１３１で覆っているので、直接アークが触れない構成としている。

　この実施の形態５によれば、アークに働く電磁力を向上させる磁極板の効果を損なうことなく、アークもしくはアークガスが第１磁極板１２７、第２磁極板１３０に接触することもなくなり、アークが第１磁極板１２７、第２磁極板１３０を介し短絡し遮断失敗することを防止するこができ、小電流から大電流まで確実に遮断することが可能である。

実施の形態６．
　この発明の実施の形態６を図１８に基づいて説明する。図１８はこの発明の実施の形態６に係わる直流高速度遮断器におけるＵ字グリッドを示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。

　図１８に示すように、対向する２枚の平板グリッド１１８を電気的に接続し電流を通電することができれば、Ｕ字グリッド１１９の機能を満足することができる。そのため、ボルト１４６やナット１４７もしくはリベットを用いて接続したり、溶接１４８することでも可能である。

実施の形態７．
　この発明の実施の形態７を図１９に基づいて説明する。図１９はこの発明の実施の形態６に係わる直流高速度遮断器における磁極板を示す（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。

　図１９に示すように、第１磁極板１２７、第２磁極板１３０は1枚の板ではなく、薄い磁極板１４９ａ，１４９ｂをそれぞれ密着して積層し集合体１５０ａ，１５０ｂとする事でも第１磁極板１２７、第２磁極板１３０の機能を満足することが可能である。

　なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　この発明は、アークガスを消弧室の上部へと流れやすくし、アークガスの排気性能を向上させ接点間での再点弧を抑制することができ、高い遮断性能を得ることができる直流高速度遮断器の実現に好適である。

　１０１　直流高速度遮断器、１０２　消弧室、１０５　固定側主接点、１０７　可動側主接点、１１１　固定側アーク接触子、１１２　可動側アーク接触子、１１８　平板グリッド、１１９　Ｕ字グリッド、１２３　第１絶縁側板、１２４　第２絶縁側板、１２７　第１磁極板、１３０　第２磁極板、１３９　中央側、１４０　両側、Ｒ１　第１アークガス流通路、Ｒ２　第２アークガス流通路、Ｒ３　第３アークガス流通路。　

Claims (6)

1. 　消弧空間が形成される消弧室と、前記消弧室の下方側に配置された固定側主接点と、前記消弧室の下方側に配置され前記固定側主接点と接離される可動側主接点とを備えた直流高速度遮断器であって、前記消弧室は、前記固定側主接点、前記可動側主接点を両側から挟むように配置され、前記固定側主接点および前記可動側主接点で発生するアークガスを前記消弧室外に導く第１アークガス流通路を形成する第１絶縁側板と、前記固定側主接点および前記可動側主接点の上方側に配置され、前記第１絶縁側板間の間隔より大きい幅に構成され、前記第１アークガス流通路と連通し前記第１アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第２アークガス流通路を形成する複数のグリッドと、前記グリッドを両側から挟むように配置され、前記グリッドの上方側に前記第２アークガス流通路と連通し前記第２アークガス流通路の断面積より大きい断面積の第３アークガス流通路を形成する第２絶縁側板とにより構成されたことを特徴とする直流高速度遮断器。
2. 　前記グリッドは、平板グリッドとＵ字グリッドとを組み合わせて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の直流高速度遮断器。
3. 　前記平板グリッドの枚数比および前記Ｕ字グリッドの幅を調整して配置されたことを特徴とする請求項２に記載の直流高速度遮断器。
4. 　前記平板グリッドは中央側に配置され、前記Ｕ字グリッドは両側に配置されたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の直流高速度遮断器。
5. 　前記第１絶縁側板に第１磁極板が配置され、前記第２絶縁側板に第２磁極板が配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の直流高速度遮断器。
6. 　前記第１磁極板は第１絶縁側板で覆われ、前記第２磁極板は前記第２絶縁側板で覆われたことを特徴とする請求項５に記載の直流高速度遮断器。

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