JPH0215977B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回路しや断器、とくに、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。

従来の回路しや断器の一例を示すと、添付図面
第１図Ａ，Ｂに示すような構造を有している。す
なわち、同図において１は絶縁体により構成され
回路しや断器の外枠を形成する包囲体、２は、１
対の電気接触子２０，４０の一方すなわち、２個
のうちの一方の本体部を構成する固定導体であ
り、固定導体２の電気的接触面には、第２図Ａ〜
Ｃに示すように、固定接点３が取り付けられてい
る。また、４は他方の電気接触子４０の本体部で
ある可動導体であつて、その電気的接触面にも、
第３図に示すように、可動接点５が取り付けられ
ている。６は可動導体４を開閉運動させる操作機
構部、７は固定接点３と可動接点５との間に生ず
るアーク８を冷却するための消弧板、９は包囲体
１に形成されている、アークまたはホツトガスの
排出口、１０は上記消弧板７とで消弧室１１を構
成する側板である。

従来の回路しや断器はこのように構成される
が、つぎにその動作を説明する。

いま、可動接点５と固定接点３とが接触してい
る場合においては、その電力は電源側より固定導
体２、固定接点３、可動接点５および可動導体４
を順次経由して負荷側へ供給される。この状態に
おいて、短絡電流等大電流がこの回路に流れる
と、操作機構部６が作動して可動接点５を固定接
点３から開離させる。この際、上記固定および可
動接点３，５間にはアーク８が発生し、固定およ
び可動接点３，５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３から可動接点５の
開離距離が増大するにしたがつて上昇し、また、
同時にアーク８が消弧板７の方向へ磁気力によつ
て引き付けられ伸長するためにさらに上昇する。
このようにして、アーク電流は電流零点を迎えて
アーク８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５
と固定接点３との間には、アーク８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
発生し、そのために、包囲体１内の気体の温度は
上昇し、かつ圧力を急激に上昇するが、この高温
高圧の気体はアーク排出口９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分は、その
しや断に際して上記のような動作をするが、この
ような動作をする回路しや断器が有すべき性能
は、アーク電圧が高いことであつて、このアーク
電圧の高さによつては、しや断動作中に流れるア
ーク電流は抑制され、回路しや断器を通じて流れ
る電流の大きさが減少することになる。したがつ
て、高いアーク電圧を発生する回路しや断器は、
回路しや断器に直列に配置された配電線を含む各
種電気機器装置類に対する保護性能が高く、互い
に直列接続された回路しや断器間の選択協調しや
断領域、あるいは同時しや断領域が拡大されるこ
とになる。

このような要請に対して、従来、この種の回路
しや断器においては、高いアーク電圧を現出させ
るために、可動導体５を高速で開離させたり、あ
るいはアーク８を磁気力を利用して伸長させたり
することが行なわれていたが、これらによる場合
には、そのアーク電圧の上昇に一定の限度があ
り、満足すべきものが得られない欠点があつた。

ここでこの発明の回路しや断器の説明に先立つ
て、固定および固定接点３，５間におけるアーク
電圧等の挙動について説明する。

一般に、アーク抵抗は次のような関係を有して
いる。

すなわち、 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） しかるに、一般に数KA以上の大電流でかつア
ーク長さが50mm以下の短いアークにおいては、ア
ーク空間は接点粒子によつて占められてしまうも
のであるが、この接点粒子の放出は、接点表面に
直角方向に起こるものであり、また、この放出さ
れた粒子は、放出時においては接点金属材質の沸
点近くの温度を有し、さらにアーク間に注入され
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の帯び、アーク空間の
圧力分布にしたがつた方向に膨張しながら高速度
で接点から遠ざかる方向に流れ去るものである。
このように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、この接点粒子の発生量と
その放出方向によつて定まり、したがつて、アー
ク電圧も、このような接点粒子の挙動によつて、
決定せられているものである。

このような電極粒子の挙動を従来の回路しや断
器に基づいて説明する。第３図に示すとおり、３
は固定接点、５は可動接点を示すものとし、Ｘ面
は、それぞれの接点３，５が接触する場合の接触
面である対向面を、また、Ｙ面は対向面Ｘ面以外
の電気的接触面である接点表面および導体表面の
一部を示す。図中１点鎖線を示す輪かくＺは接点
３，５間に発生するアーク８の外かくを示す。さ
らにａ，ｂおよびｃは、接点３，５から発した接
点粒子を模式的に示したものであつて、ａは対向
面Ｘ面の中心付近から発した接点粒子を、ｂは接
点表面および導体表面の一部Ｙ面から発した接点
および導体粒子を、また、ｃは接点粒子ａおよび
ｂの中間的位置である対向面Ｘ面の周返付近から
発した接点粒子である。各粒子ａ，ｂおよびｃの
放出後の経路は、それぞれ矢印ｍ，ｎおよびｏに
よつて示した各流線に沿つて流れる。

このような接点３，５から放出された接点粒子
ａ，ｂおよびｃは、接点金属の沸点温度すなわち
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
で昇温されるために、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、アーク抵抗が発生する。なお、アーク空間か
ら接点粒子ａ，ｂおよびｃが奪い去るエネルギー
量は、昇温の程度が大きく、その昇温の程度は、
接点から発した電極粒子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。しかるに、第
３図に示す従来の回路しや断器においては、対向
面Ｘ面の中心付近から発する接点粒子ａはアーク
空間より大量のエネルギーを奪い去るが、しか
し、接点表面および導体表面の一部Ｙ面から発す
る接点粒子ｂは、接点粒子ａに比べてアーク空間
から奪い去るエネルギー量は少なく、また、対向
面Ｘ面の周辺部分から発する接点粒子ｃは、接点
粒子ａ，ｂの奪い去るエネルギー量の中間的なエ
ネルギーしか奪い去らないことになる。

すなわち、接点粒子ａの流れる範囲においては
大量のエネルギーを奪つてアーク空間の温度を下
げ、したがつてアーク抵抗率ρを増大させるが、
接点粒子ｂ、また、ｃの流れる範囲においては、
大量エネルギーを奪わないために、アーク空間の
温度の低下もなく、このため、アーク抵抗率ρの
増大も図れず、しかも、対向面Ｘ面及び接点表面
Ｙ面からアークが発生するために、アーク断面積
も増大し、したがつてアーク抵抗も低下する。

このような接点粒子によるアーク空間からのエ
ネルギーの流出は、電気的注入エネルギーとつり
合つているのであるから、もし、接点３，５間に
発生する接点粒子ａのアーク空間への注入量を増
大させれば、当然にアーク空間の温度を大きく低
下させ、その結果、アーク抵抗率を大きくしてア
ーク電圧を大きく上昇させることが可能であるこ
とが分る。

この発明は、このように従来の回路しや断器に
おけるアーク電圧の上昇に対する限界を打開し、
電気接触子に設けた圧力反射体により接点間に発
生する接点粒子のアーク空間への注入量を増大さ
せて、アーク電圧を大きく上昇させることを主目
的とし、とくに圧力反射体に設けたアーク走行路
と消弧板のスリツトとを特定することにより限流
効果が大であり、し断性能向上を図り得る回路し
や断器を提供するものである。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

第４図Ａ，Ｂならびに第５図Ａ，Ｂはこの発明
による一実施例であり、第４図は固定接点部分を
示したものである。１２ａ，１２ｂは圧力反射体
でそれぞれ接点３，５の接触面以外の各導体２，
４の外周を取り囲むように可動導体４および固定
導体２に固着されている。圧力反射体１２ａ，１
２ｂの材料は各導体２，４を構成する材料よりも
高抵抗率を有する材料を使用する。形成方法とし
ては、たとえばセラミツクのような高抵抗材料を
上記各導体２，４に、たとえばプラズマジエツト
溶射手段などで被覆したり、あるいは高抵抗材料
で形成した板状のものを各導体２，４に固着す
る。高抵抗材料としては、たとえば有機もしくは
無機絶縁物、またはニツケル、鉄、鋼ニツケル、
銅マンガン、マンガニン、鉄−炭素、鉄ニツケル
あるいは鉄クロム等の高抵抗金属である。圧力反
射体１２ａ，１２ｂを溶射手段などで被覆形成す
れば、安価で簡単に行なえるだけでなく、とくに
可動接触接触子４０側では、その重量が小さくな
るので、慣性モーメントが小さくなつて、可動接
触子４０の開離スピードが大となり、アーク電圧
が大となる。一方の反射体たとえば圧力反射体１
２ａには接点端面より、消弧室１１側へ遠ざかる
方向にたとえば導体２をスリツトにより露出させ
ることによつて構成され、かつ上記固定接点３よ
り幅狭のアーク走行路１３が形成されている。ま
た、消弧板７には上記アーク走行路１３に対応し
てスリツト７ａが形成されている。圧力反射体１
２ａのアーク走行路１３の幅寸法t₂と消弧板７の
スリツト幅寸法t₁はt₁t₂の関係に設定してある。
上記アーク走行路１３は上記導体２の露出手段に
限らず、圧力反射体１２ａよりも導電性の高い材
料からなる成形品を固着してもよい。上記消弧板
７は磁性もしくは非磁性材で構成されるが、非磁
性材で構成すると、磁性材で構成した場合におけ
る渦電流による消弧板の温度上昇という問題を解
消することができる。つぎに上記構成の動作につ
いて説明する。

その作動は従来の回路しや断器と同様であるの
で、その説明を省略するが、両接点間における接
点粒子等の挙動については、従来のものとは異な
るので、以下に説明する。

第６図において、３および５は相対向する１対
の接点であり、それぞれの接点の全周を覆い、か
つ、アーク空間に対向するように固定導体２、可
動導体４に圧力反射体１２ａ，１２ｂが設けられ
ている。また図中Ｘ，ａ，ｃ，ｍは第３図に表示
したそれらと同じものであり、Z₁はこの発明の回
路しや断器によつて収縮されたアーク８の空間の
外かくを、Z₂（第７図）はアークスポツトがアー
ク走行路１３に移行したときのアーク８の外かく
を、O₁もこの発明の回路しや断器によつて従来
のものとは異なつた経路を流れる接点粒子ｃの流
線を、また、Ｑは圧力反射体１２ａ，１２ｂによ
つて、アーク８により発生した圧力を反射し、圧
力反射体のない従来のものにおいては低下してい
た圧力を上昇させているところの交叉斜線で表示
された空間を示している。

このようなこの発明の回路しや断器における接
点間における電極粒子はつぎのような挙動をす
る。すなわち、空間Ｑにおける圧力値は、アーク
８自身の空間の圧力値以上にはなり得ないが、し
かし少なくとも、圧力反射体が設けられていない
場合に比べて、圧倒的に高い値を示すものであ
り、したがつて、圧力反射体１２ａ，１２ｂによ
つて生じた相当に高い空間Ｑにおける圧力は、ア
ーク８の空間の拡がりを抑制する力となり、アー
ク８を狭い空間に「しぼり込む」ことになる。こ
れはすなわち、対向面Ｘより発した接点粒子ａ，
ｃ等の流線をアーク空間にしぼり込み閉じ込める
ことになる。よつて、対向面Ｘより発した接点粒
子ａ，ｃは、有効にアーク空間に注入され、その
結果、有効に注入された大量の接点粒子ａ，ｃ
は、アーク空間から従来のものとは比較にならな
い大量のエネルギーを奪い去るために、アーク空
間を著しく冷却し、したがつて、アーク抵抗率す
なわちアーク抵抗を著しく上昇させてアーク電圧
をきわめて大きく上昇させる。

さらに接点３，５間の圧力は上述のように高圧
となるため、排出口９へ向つて強い気流を生じ接
点３上のアークスポツトは圧力反射体１２ａのア
ーク走行路１３上を第７図のように移動する。と
ころで、大電流アーク陽光柱部８の幅は、圧力反
射体１２ａ，１２ｂの作用でアーク走行路１３の
幅t₂とほぼ同じ大きさに成長しているので、上記
走行路１３を走るアーク８は上記幅t₂より小さい
幅t₁のスリツト７ａを有する消弧板７に必ず接触
して該消弧板７を溶融気化させ、これによりアー
ク８が冷却される。つまりこの発明の構成では、
アーク８の消弧板７への接触面積を最も有効に拡
大して効率よくアーク８を冷却させてアーク電圧
を高めることができるようにしたものである。

以上のように、この発明によれば接点を取り囲
むように導体上に配設された圧力反射体を有する
接触子の少なくとも一方に、接点から遠ざかる方
向へ延びかつこの接点よりも幅狭のアーク走行路
を設けたことにより、接点間で発生したアークは
大電流時にはアーク足の径が大きいため狭いアー
ク走行路への侵入が阻止されて圧力反射体による
アークの絞り作用が充分発揮されることになり、
限流性能が向上する効果がある。しかも、上記ア
ークは圧力反射体によつて絞り込まれた状態でア
ーク走行路を消弧板へ向つて移行するため、この
移行中も限流効果がそのまま維持される利点があ
る。また、消弧板がアーク走行路よりも幅狭のス
リツトを設けたことにより、アーク走行路を移行
したアークは消弧板との接触面積が増大され、消
弧性能が向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回路しや断器の一例であつて、
同図Ａはその一部断面平面図、同Ｂは第１図Ａの
Ｂ−Ｂ線に沿つた断面図、第２図Ａ，ＢおよびＣ
はそれぞれの従来の回路しや断器の電気接触子の
正面図、平面図および右側面図、第３図は従来の
回路しや断器の接点間における電極粒子の挙動等
の模式的説明図、第４図Ａ，Ｂはそれぞれこの発
明に係る回路しや断器の一例における圧力反射板
の正面図、および平面図、第５図はこの発明に係
る回路しや断器の一実施例であつて、同図Ａは一
部断面平面図、同図Ｂは第５図ＡのＢ−Ｂ線に沿
つた断面図、第６図および第７図はこの発明の回
路しや断器の接点間における接点粒子の挙動等の
模式的説明図である。 ２……固定導体、３……固定接点、４……可動
導体、５……可動接点、７……消弧板、７ａ……
スリツト、８……アーク柱、１２ａ，１２ｂ……
圧力反射体、１３……アーク走行路、２０，４０
……電気接触子、t₁……スリツト幅、t₂……アー
ク走行路幅。なお、図中同一付号は同一あるいは
相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導体とこの導体に固着された接点とでそれぞ
   れが構成された１対の接触子と、両接触子の双方
   に設けられて、導体よりも抵抗率の高い材料で形
   成され、かつ、その接触子の接点の外周を取り囲
   むように導体上に配設された圧力反射体と、少な
   くとも一方の接触子に設けられ、上記圧力反射体
   よりも高導電性に形成されて、圧力反射体によつ
   てしぼり込まれたアーク柱を上記接触子の接点よ
   り離反移動させるようにこの接点から遠ざかる方
   向へ延び、かつこの接点よりも幅狭のアーク走行
   路と、このアーク走行路に対応して形成され、且
   つその走行路よりも幅狭のスリツトを有する消弧
   板とを備えてなる回路しや断器。