JPH0222492B2 - - 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で一対の電気接
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。又、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
一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、又、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、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、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、又、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、又、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、又、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、又、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、
又、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
ｂ、又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り
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ア
セタールで構成し、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、熱可塑性のポリアセタールで構成され
た圧力反射板２０が取り付け固着されている。２
２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２
２，２３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は相対向する一対の接点であり、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に圧力反射板２０，
２１が設けられている。又、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、又、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の狭い空間に「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
アセタールで構成したものである。熱可塑性のポ
リアセタール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。又、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
のしぼ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。従
つて、圧力反射体単独の効果に、熱可塑性のポリ
アセタール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付
ける圧力反射板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ボリアセタールはこの
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路部との
境界において角部があることになる。この角部は
熱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の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。

熱可塑性のポリアセタールは成形性が良い。
又、軽いので、これを可動電気接触子に取り付け
た場合、開極速度への影響が少ない。更に粉が出
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、熱可塑性のポリアセタールについては、ア
ークに触れ分解ガスが発生した場合、成分自体の
分解がほとんどなく、昇華に近い状態で気化する
ので、炭素質層を表面にほとんど析出することが
ない。そのため接点近傍の圧力反射体には非常に
有利で、しや断後の絶縁不良、絶縁劣化の心配が
ない。

又、機械的性質が良く、かつ耐疲労、耐クリー
プ性が良いので、繰返し開閉される可動電気接触
子に取り付けられると、非常に有利である。

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アセタールで構成したので、
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、従つ
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。

更に、熱可塑性のポリアセタールは、アークに
触れ分解ガスが発生したとき、成分自体の分解が
ほとんどなく、炭素質層を機材表面にほとんど析
出することがないので、しや断後の絶縁不良や絶
縁劣化が少ない。又、耐疲労、耐クリープ性が良
いので、圧力反射体の材料として好適である。

【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アセタール
   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。