JPH0222491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、回路しや断器、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。

従来の回路しや断器の一例は第１図に示すよう
な構造を有している。第１図イはロの１イ−１イ
線の一部断面平面図、ロはイの１ロ−１ロ線の一
部断面図である。すなわち、図において、１は絶
縁体により構成された回路しや断器の外枠を形成
する包囲体、２は固定導体であり、固定導体２の
電気的接触面には、第２図に示すように、固定接
点３が取り付けられている。２と３で１対の電気
接触子の内の一方を構成する。なお第２図イ，
ロ，ハは電気接触子のそれぞれ正面図、平面図、
右側面図である。また、４は可動導体であつて、
その電気的接触面にも、第２図に示すものと同様
に、可動接点５が取り付けられている。４と５で
１対の電気接触子の内の他方を構成する。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
却する消弧板、９は包囲体１に形成されているア
ーク又はホツトガスの排出口である。

従来の回路しや断器はこのように構成される
が、次にその動作を説明する。

今、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及び可動導体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、上記固定及び可動接点
３，５間にはアーク８が発生し、固定及び可動接
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からの可動接点５の開離距
離が増大するに従つて上昇し、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、更に上昇する。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且つ圧力も急激に
上昇するが、この高温高圧の気体は排出口９から
大気中に放出される。

回路しや断器及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。従つて、
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。

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、あるいは又、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。

ここでこの発明の開閉装置の説明に先立つて、
固定及び可動接点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以上の大電流で且つア
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、更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
化されると共に導電性を帯び、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、及びア
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、従つて、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。

このような接点粒子ないし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図は
接点間の模式的説明図で、３は固定接点、５は可
動接点を示すものとし、また、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面以外の接点表面及
び導体表面の一部を示し、図中１点鎖線で示す輪
かくＺは、接点３，５間に発生するアーク８の外
かくを示し、更にａ，ｂ及びｃは、接点から発し
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
は接点表面及び導体表面の一部Ｙ面から発した接
点及び導体粒子を、また、ｃは接点粒子ａ及びｂ
の中間的位置である対向面Ｘ面の周辺付近から発
した接点粒子であつて、その放出後の経路は、そ
れぞれ矢印ｍ，ｎ及びｏによつて示した各流線に
よつて示される。

このような接点３，５から放出された接点粒子
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℃以上又は
更に高温の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が奪い去るエ
ネルギー量は、昇温の程度に大きく影響され、そ
の昇温の程度は、接点から発した接点粒子のアー
ク空間における位置及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、接点表面及び導体表面の一部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、従つてアーク抵抗率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
の低下も少なく、従つて、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、従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、接点間に発生す
る接点粒子、特に接点粒子ａ，ｃ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。

そこで、この発明の先行技術では、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、アーク電圧を大きく上昇させる回路し
や断器を得ることを目的として、電気接触子の表
面に生じたアークの足の大きさを制限し、接点間
に発生する接点粒子、特に接点粒子ａ，ｃのアー
ク空間への注入量を増大させるために、一対の電
気接触子のそれぞれの導体上に接点の周囲を取囲
む圧力反射体を形成している。さらにこの発明で
は、その圧力反射体を特に熱可塑性のポリフエニ
レンオキサイドで構成し、アークによる上記絶縁
物の温度上昇に基づいて、上記絶縁物から発生す
る分解ガスによつて、アーク電圧を一層大きく上
昇させようとするものである。

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図は、この発明の回路しや断器に組み込ま
れる固定電気接触子で、そのイは正面図、そのロ
は平面図である。なお、可動電気接触子は同様の
構成であるので省略する。固定導体２には固定接
点３が設けられると共に、固定接点３の接触面を
残し、その周辺を覆い、かつアーク空間に対向す
るように、熱可塑性のポリフエニレンオキサイド
で構成された圧力反射板２０が取り付け固着され
ている。２２は圧力反射板２０に形成された溝
で、接点３側面からアークの走行する方向に導体
２が露出するように形成されている。

第５図はこの発明の一実施例を示す回路しや断
器で、イは、ロの５イ−５イ線の一部断面平面
図、ロはイの５ロ−５ロ線の一部断面側面図であ
る。第５図には、第４図で説明した、圧力反射板
２０が設けられた固定電気接触子と、これと同様
に圧力反射板２１が設けられた可動電気接触子が
設けられている。２３は接点５側面からアークの
走行する方向に導体４が露出するように形成され
た溝である。溝２２，２３を形成すると、アーク
が引延ばされるときに、アークが溝２２，２３に
集中し、溝に沿つて移動するようになる。なお、
この溝２２，２３はいずれか一方のみあれば良い
ことは言うまでもない。第５図の開閉動作は従来
装置と同様であるので、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、
従来装置と異なるので、次に説明する。

第６図は接点間の模式的説明図で、符号３及び
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、且つ、アーク空間に対向するよ
うに、固定導体２、可動導体４に圧力反射板２
０，２１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、Z′はこの発明装置によつて収縮されたアーク
８の空間の外かくを、O′も本発明装置によつて
従来装置とは異なつた経路を流れる接点粒子ｃの
流線を、また、Ｑは圧力反射板２０，２１によつ
て、アーク８により発生した圧力を反射し、圧力
反射板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。

このような回路しや断器における接点間におけ
る電接点粒子は、次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、圧力反射板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、従つて、
圧力反射板２０，２１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
８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、従つて、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。

圧力反射体としては、一般的に電気接触子の導
体を形成する材料よりも高抵抗率を有する高抵抗
材料を使用し、板状のものを電気接触子に固定し
たり、テープ状に形成できるものであれば、テー
プ状のものを電気接触子に被覆する。

この発明は、圧力反射体を特に熱可塑性のポリ
フエニレンオキサイドで構成したものである。熱
可塑性のポリフエニレンオキサイドによつて構成
された圧力反射体は、絶縁物であるため、電流遮
断時に接点間に生じたアークの足は接点周辺に広
がることができず、大電流アークではアークの足
が縮小されて大きなアーク電圧が発生する。ま
た、この圧力反射体は有機物であるので、アーク
により温度上昇し分解ガスが発生する。この際分
解ガスを発生するためにアークエネルギーが奪わ
れ、分解ガスによつてアークは冷却される。また
分解ガスが発生するために、圧力反射体の表面の
圧力は上昇し、アークの絞り込みの効果が促進さ
れ、圧力反射体が受ける圧力が上昇するために、
これが可動電気接触子に加わり開極速度を上げる
ことができる。したがつて圧力反射体単独の効果
に、熱可塑性のポリフエニレンオキサイド特有の
効果が加わつて一層アーク電圧を大きく上昇させ
ることができる。つまり、接点の開閉により機械
的衝撃を受ける接点近傍に取り付ける圧力反射体
として材料の機械的、熱的性質の優れたものが要
求されるが、ポリフエニレンオキサイドはこの要
求に合致している。又、本願発明では圧力反射体
に接点の幅より狭い幅の溝（アーク走行路）を設
けた。よつて限流の必要な大電流領域ではアーク
の足が大きいため、アークの足はアーク走行路へ
は侵入できず接点上だけと限定される。圧力反射
体に接点の幅より狭い幅のアーク走行路を設けた
ことは、接点部とアーク走行部との境界において
角部があることになる。この角部は容量が小さい
ためアークの熱による分解ガスの放出が激しく、
大電流領域ではアークの足がアーク走行路に侵入
することを効果的に阻止する。大電流領域では足
が接点上にあればアーク自身のエネルギーによる
消弧室内に圧力上昇による圧力勾配によつてアー
クが引き伸ばされ遮断される。

熱可塑性のポリフエニレンオキサイドは成形性
が良い。又軽いので、これを可動電気接触子に取
付けた場合、開極速度への影響が少ない。さらに
粉がでにくいので、接点間に入り異常温度上昇や
導通不良の心配が少ない。又、機械的性質が良
く、圧力反射板を可動電気接触子に取付けるとき
に有利であり、耐熱性が良いので、通電時の接点
の温度上昇によつて圧力反射体が変形する恐れが
少ない。

以上説明したようにこの発明は、圧力反射体を
熱可塑性のポリフエニレンオキサイドで構成した
ので、アークによる上記絶縁物の温度上昇に基づ
いて、上記絶縁物から発生する分解ガスによつ
て、アーク電圧を一層大きく上昇させることがで
き、したがつて高い限流性能を有する回路しや断
器を得ることができる。

さらに熱可塑性のポリフエニレンオキサイド
は、軽く、成形性が良く、粉が出にくく、かつ耐
熱性に優れているので、圧力反射体の材料として
は好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回路しや断器を示し、そのイは
ロの１イ−１イ線の一部断面平面図、そのロはイ
の１ロ−１ロ線の一部断面側面図、第２図は従来
の固定電気接触子を示し、イ，ロ，ハはそれぞれ
正面図、平面図、右側面図、第３図は従来の回路
しや断器の接点間の模式的説明図、第４図はこの
発明に関する固定電気接触子を示し、イ，ロはそ
れぞれ正面図、平面図、第５図はこの発明の一実
施例の回路しや断器を示し、そのイはロの５イ−
５イ線の一部断面平面図、そのロはイの５ロ−５
ロ線の一部断面側面図、第６図はこの発明に関す
る回路しや断器の接点間の模式的説明図である。 図中、２は固定導体、３は固定接点、４は可動
導体、５は可動接点、７は消弧板、２０，２１は
圧力反射体、２２，２３は溝である。なお図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回路電流を通電する導体と、この導体に設け
   られた接点とで構成された一対の電気接触子、及
   びこの一対の電気接触子のそれぞれに互いが対向
   して設けられ、上記接点の周囲を取囲み上記導体
   上に形成されると共に熱可塑性のポリフエニレン
   オキサイドで構成された圧力反射体、少なくとも
   一方の圧力反射体に、接点側面からアークの走行
   する方向に上記接点の幅より小さな幅を有して導
   電部表面が露出する溝を備えた回路しや断器。