JP6180329B2 - 直流高速度遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、例えば電鉄変電所用の保護遮断器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のアーク冷却部まで短時間で導き、事故電流の限流開始を早く行う必要がある。

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アークガスの存在する箇所で発弧し易い性質があり、消弧室下部方向へのアークガスの吹き出しが多くなると消弧室からアークが飛び出し地絡の原因となる。

また、主接点間でアークガスが停留すると、一旦アークランナーへと転流し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い、限流開始を遅らせてしまう。そのため、地絡を防止しアークを冷却部まで短時間で導き高い限流性能を得るためには、消弧室下方向へのアークガスの吹き出しを抑制し、消弧室上部方向へと制御する必要がある。

従来の直流高速度遮断器としては、アークガスを制御するため、例えば特開昭６２−８２６１６号公報に開示された構造が用いられる。図１０から図１２に示すように、消弧室２０に覆われた固定側接点３、可動側接点６の両側面に対して遮蔽板２６を配置している。固定側接点３と可動側接点６に面する遮蔽板２６は平板２６ａもしくは平板２６ａに凹凸の溝２７を設けることで、アークガスが接点に逆流するのを妨げ、固定側接点３と可動側接点６間でのアークの再発弧を防止している。

特開昭６２−８２６１６号公報

上述した従来の直流高速度遮断器は、アークを冷却部まで導き確実に遮断するためにはアークガスを消弧室上部の排気口まで制御し排気する必要がある。一方で、消弧室の下方向には主接点との間に開口部があるため、開口部からアークガスが消弧室下方向へと吹き出してしまう。消弧室下方向から吹き出すアークガスが多くなると地絡してしまい遮断失敗となるという問題点があった。

また、アークガスが主接点間で停滞すると、アーク接触子からアークランナーへと転流し飛び移ったアークが、消弧室上部に配置されたアーク冷却部へと導かれる途中において主接点間で再発弧してしまうため限流開始が遅くなり、高い限流効果を得ることができない。しかし、主接点間の開口部は可動子の可動範囲となるため、塞ぐことが困難であるという問題点があった。

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、遮断時の上方へのアーク駆動を迅速に行いアーク滞留による地絡・再点弧を防止することにより、遮断性能を向上した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、消弧室側板により消弧空間が形成され上方側に排気口を有する消弧室と、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、前記固定側主接点の上方側に配置された固定側アーク接触子と、前記可動側主接点の上方側に配置された可動側アーク接触子と、前記消弧室側板の両側部の前記固定側主接点、前記可動側主接点および前記固定側アーク接触子、前記可動側アーク接触子に前記消弧室の外側から配置された絶縁物からなる遮蔽板と、前記遮蔽板に形成され、前記消弧室の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とを設け、前記テーパ状の溝の底面が前記固定側アーク接触子、前記可動側アーク接触子と前記固定側主接点、前記可動側主接点との間に位置するように前記遮蔽板を配置したものである。

この発明に係わる直流高速度遮断器によれば、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ることにより、消弧室の上部方向への流路抵抗（＝（形状による係数）/（流路の断面積））を小さくし、消弧室の下方向の流路抵抗を大きくすることで消弧室の上部方向へとアークガスを流れ易くし、消弧室の下方向へはアークガスが流れにくくなるため、消弧室の下方向へと吹き出すアークガスの流出量を抑制することができ、地絡および再点弧を防止し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消弧室の構成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遮蔽板を示す透視斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる直流高速度遮断器の遮断時におけるアークガス流れを示す要部側断面図である。 この発明の実施の形態1に係わる直流高速度遮断器の遮断時におけるアークガス流れを示す要部正面図である。 この発明の実施の形態1に係わる直流高速度遮断器の遮断時における消弧室位置と消弧室内部の流路抵抗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を示す斜視図である。 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突起体を示す斜視図である。 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側板と遮蔽板を示す斜視図である。 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側板に遮蔽板を取り付けた状態を示す斜視図である。 従来の直流高速度遮断器を示す側断面図である。 従来の直流高速度遮断器を示す斜視図である。 従来の他の直流高速度遮断器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５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消弧室の構成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遮蔽板を示す透視斜視図である。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の遮断時におけるアークガス流れを示す要部側断面図である。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の遮断時におけるアークガス流れを示す要部正面図である。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の遮断時における消弧室位置と消弧室内部の流路抵抗の関係を示す特性図である。

まず、図１により直流高速度遮断器の消弧室内部の構成について説明する。直流高速度遮断器の消弧室１０１は両側の消弧室側板１０２により消弧空間が形成され上方側に排気口１０３が設けられている。消弧室１０１の内部の下方側には回路電流を通電するための主接点部が収納されており、主接点部は固定側主接点１０４と可動子１０５に固定してある可動側主接点１０６で構成されている。固定側主接点１０４と可動側主接点１０６の間の下方側には開口部１０７が存在する。主接点部の上方側には遮断時にアークが発生するアーク接触子が配置されており、アーク接触子は固定側主接点１０４の上方側に配置された固定側アーク接触子１０８と、可動側主接点１０６の上方側に配置された可動側アーク接触子１０９とによって構成されている。消弧室側板１０２の両側部の固定側主接点１０４、可動側主接点１０６および固定側アーク接触子１０８、可動側アーク接触子１０９の位置に消弧室１０１の外側から配置された絶縁物からなる遮蔽板１１０を設け、この遮蔽板１１０に、アークガスの流れを制御するため、消弧室１０１の上部方向に向かうにつれ断面積Ｄが徐々に大きくなるテーパ状の溝１１１を設け、テーパ状の溝１１１の底面１１１ａが各アーク接触子と前記各主接点との間に位置するように配置している。すなわち、テーパ状の溝１１１の底面１１１ａは、固定側アーク接触子１０８および可動側アーク接触子１０９の下端と、固定側主接点１０４および可動側主接点１０６の上端との間に位置するように配置している。

また、アーク接触子の上部には発生したアークを転流させ消弧室１の上部へと導くためのアークランナーが配置されており、アークランナーは固定側アーク接触子１０８の上部に設けた固定側アークランナー１１２と可動側アーク接触子１０９の上部に設けた可動側アークランナー１１３とによって構成されている。消弧室１０１の上方側にはアークを冷却し消弧するための金属製のアーク冷却部１１４が配置されており、アーク冷却部１１４の上部にはアークガスを消弧室１０１の外部へと排気するための排気口１０３が設けられている。

この発明の特徴である遮蔽板１１０の構造について図２に基づいて説明する。この遮蔽板１１０にはテーパ状の溝１１１が設けられており、テーパ状の溝１１１は消弧室１０１の上部方向に向かうにつれ断面積Ｄが徐々に大きくなるよう横幅方向および奥行き方向に広がっており、一方でテーパ状の溝１１１の底面１１１ａに向かうにつれ断面積Ｄは狭くなるように構成されている。遮蔽板１１０は、消弧室側板１０２に外からはめ込んで固定するため、段差のついた構造となっており、遮蔽板１１０の外側の面１１０ａの４隅には遮蔽板１１０を消弧室側板１０２に固定するための穴１１５が設けられている。

次に、遮断時におけるアークガスの流れについて図３から図５に基づいて説明する。遮断時において、固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９との間にアークＡが発生すると、非常に高温なアークＡは周辺の固定側アーク接触子１０８、可動側アーク接触子１０９や、固定側アークランナー１１２、可動側アークランナー１１３を溶かし、導電性の高いアークガスを発生させる。遮蔽板１１０にテーパ状の溝１１１を設けることにより、固定側アーク接触子１０８と可動側アーク接触子１０９付近での、消弧室１０１の上部方向と消弧室１０１の下部方向とで流路抵抗（＝（形状による係数）/（流路の断面積））が、図５のＰのように消弧室１０１の下方向の流路抵抗を大きくすることで消弧室１０１の上部方向へとアークガスＢを流れ易くし、反対に流路抵抗の大きい消弧室１０
１の下方向へはアークガスＢが流れにくくなるため、消弧室１０１の下方向へと吹き出すアークガスＢの流出量を抑制することができる。一方で、遮蔽板１１０にテーパ状の溝１１１がない場合、流路抵抗は図５のＱのようになり、消弧室１０１の上部方向と消弧室１０１の下部方向で流路抵抗が同じとなるため、開口部１０７から多くのアークガスＢが流出してしまう。

以上のように、この実施の形態１によれば、消弧室側板１０２の両側部の固定側主接点１０４、可動側主接点１０６および固定側アーク接触子１０８、可動側アーク接触子１０９の位置に消弧室１０１の外側から配置された絶縁物からなる遮蔽板１１０を設け、この遮蔽板１１０に、アークガスの流れを制御するため、消弧室１０１の上部方向に向かうにつれ断面積Ｄが徐々に大きくなるテーパ状の溝１１１を設けたことにより、消弧室１０１の上部方向への流路抵抗（＝（形状による係数）/（流路の断面積））を小さく、消弧室１０１の下方向の流路抵抗を大きくすることでアークガスＢを消弧室１０１の上部方向へ流れ易くし、反対に消弧室１０１の下方向へはアークガスＢが流れにくくすることで、消弧室１０１の下方向へと吹き出すアークガスＢの流出量を抑制することができ、地絡および再点弧を防止し高い遮断性能を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図６から図９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６はこの発明の実施の形態２に係わる直流高速度遮断器を示す斜視図である。図７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突起体を示す斜視図である。図８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側板と遮蔽板を示す斜視図である。図９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側板に遮蔽板を取り付けた状態を示す斜視図である。

直流高速度遮断器の消弧室内部構成および遮蔽板の構造は実施形態１と同じなので省略する。この実施の形態２における消弧室１０１は、図に示すように遮蔽板１１０を消弧室１０１の外側から取り付け、取り外しするため、遮蔽板１１０の取り付け部の消弧室側板１０２の外側に先端の中央部に切り込みを入れたテーパ状の突起体１１６を複数個設け、これら突起体１１６を遮蔽板１１０に設けた穴１１５に係合させるものである。

突起体１１６の構造について図７から図９に基づいて説明する。絶縁物の弾性材料からなる突起体１１６は円筒状の構造であり、先端部には十字の溝１１６ａが設けられたテーパ状のツメ１１６ｂとカエシ１１６ｃが設けられており、ツメ１１６ｂの先端は遮蔽板１１０の穴１１５よりも外周が小さくなっており、カエシ１１６ｃは遮蔽板１１０の穴１１５よりも大きくなる構造となっている。

次に、遮蔽板１１０の取り付け方について図８に基づいて説明する。遮蔽板１１０を消弧室側板１０２に取り付ける際は、消弧室１０１の外側から突起体１１６のツメ１１６ｂに対して遮蔽板１１０の穴１１５の位置を合わせ、押し込んで挿入する。突起体１１６のツメ１１６ｂはテーパ状となっておりカエシ１１６ｃの外周は穴１１５の穴径よりも大きいため、遮蔽板１１０を押し込んでいくと干渉してしまう。しかし、干渉後も更に押し込んでいくとツメ１１６ｂは弾性材料であるため、溝１１６ａを設けることで溝１１６ａの幅分ツメ１１６ｂが内側へとしなり収縮し、一時的にカエシ１１６ｃの外周が穴１１５の穴径より小さくなるため挿入が可能である。更に遮蔽板１１０を押し込み、遮蔽板１１０の面１１０ａが消弧室側板１０２の外側の面に接触すると、カエシ１１６ｃが穴１１５を完全に通過するため収縮されていたツメ１１６ｂおよびカエシ１１６ｃが材料の弾性により元の位置に戻り、カエシ１１６ｃの外周が穴１１５より大きくなるため、遮蔽板１１０の固定が可能である。

また、遮蔽板１１０を取り外す場合は、突起体１１６のツメ１１６ｂ部を内側へとしならせて収縮させてカエシ１１６ｃの外周が穴１１５より小さい位置まで収縮させ、遮蔽板１１０を消弧室側板１０２から引き出すことにより、カエシ１１６ｃは穴１１５内に入り込み、更に遮蔽板１１０を引き出すことにより、突起体１１６から引き出して取り外すことが可能である。

以上のように、この実施の形態２によれば、遮蔽板１１０の取り付け部の消弧室側板１０２の外側に先端の中央部に切り込みを入れたテーパ状の突起体１１６を複数個設け、これら突起体１１６を遮蔽板１１０に設けた穴１１５に係合させることにより、遮蔽板１１０を取り付ける際に、工具を必要とせず遮蔽板１１０に設けた取り付け用の穴１１５にテーパ状の突起体１１６を差し込むだけで容易に遮蔽板１１０の取り付け、取り外しが可能なため、遮蔽板１１０のメンテナンスや交換にかかる時間を短縮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、消弧室の上部方向へとアークガスを流れ易くすることができ、地絡および再点弧を防止し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 消弧室、１０２ 消弧室側板、１０３ 排気口、１０４ 固定側主接点、１０６ 可動側主接点、１１０ 遮蔽板、１１１ テーパ状の溝、１１１ａ 底面、１１５ 穴、１１６ 突起体。

Claims (2)

1. 消弧室側板により消弧空間が形成され上方側に排気口を有する消弧室と、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、前記固定側主接点の上方側に配置された固定側アーク接触子と、前記可動側主接点の上方側に配置された可動側アーク接触子と、前記消弧室側板の両側部の前記固定側主接点、前記可動側主接点および前記固定側アーク接触子、前記可動側アーク接触子に前記消弧室の外側から配置された絶縁物からなる遮蔽板と、前記遮蔽板に形成され、前記消弧室の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とを設け、前記テーパ状の溝の底面が前記固定側アーク接触子、前記可動側アーク接触子と前記固定側主接点、前記可動側主接点との間に位置するように前記遮蔽板を配置したことを特徴とする直流高速度遮断器。
2. 前記遮蔽板の取り付け部の前記消弧室側板に先端の中央部に切り込みを入れたテーパ状の突起体を設け、前記遮蔽板に前記突起体と係合する穴を設け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。