JPH0222493B2 - - 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、その動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脹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硬化性有機質絶縁物
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、熱硬化性有機質絶縁物で構成された圧力
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２０，
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硬化性有機質絶
縁物のフエノール樹脂で構成したものである。熱
硬化性有機質絶縁物のフエノール樹脂によつて構
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、熱硬化性有機質絶縁物特有の効果が加
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。

熱硬化性有機質絶縁物のフエノール樹脂は熱変
形温度が高いので、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、又熱膨
脹率が小さいので、通電時の温度上昇やアークに
よつて温度が高くなる導体に圧力反射体を取付け
たときの熱によつて導体と圧力反射体の間に隙間
ができる心配が少ない。又アークによる消耗が少
なくかつ成形性に優れたものである。

従つて、非常に容易に圧力反射体を製作できる
特性がある。

なお、上記実施例では圧力反射体２０，２１が
いずれも熱硬化性有機質絶縁物のフエノール樹脂
で構成された場合について説明したが、これに何
ら限定されるものでなく圧力反射体のいずれか一
方が熱硬化性有機質絶縁物のフエノール樹脂製で
あれば同様の効果を得る事ができる。

以上説明したようにこの発明は、圧力反射体の
少なくとも一方を熱硬化性有機質絶縁物で構成し
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。

【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イ線の一部断面側面図、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設けられ、
   上記接点の周囲を取囲を取囲み上記導体上に形成
   された圧力反射体を備えたものにおいて、上記圧
   力反射体の少なくとも一方を、熱硬化性有機質絶
   縁物のフエノール樹脂で構成し、また少なくとも
   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巾より狭く導電部表面が露出
   する溝を設けたことを特徴とする回路しや断器。