JPH03734B2 - - Google Patents
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- JPH03734B2 JPH03734B2 JP57064420A JP6442082A JPH03734B2 JP H03734 B2 JPH03734 B2 JP H03734B2 JP 57064420 A JP57064420 A JP 57064420A JP 6442082 A JP6442082 A JP 6442082A JP H03734 B2 JPH03734 B2 JP H03734B2
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〔産業上の利用分野〕
この発明は開閉器の容器内の圧力の抑制に関す
るものである。なお、この発明でいう開閉器と
は、特に回路しや断器、限流器、電磁開閉器など
の容器、通常は小型容器内でアークを生じるもの
を示している。 〔従来の技術〕 以下、開閉器の分野の従来の技術を、回路しや
断器を例にとつて説明する。 第１図〜第３図は従来の回路しや断器を示す断
面図で、それぞれ異なつた動作状態を示してい
る。 １はカバー、２はベースで、カバー１とベース
２とで容器３を構成する。４は固定接触子で、固
定導体５を有し、その一端に固定接点６を有し、
他端は外部導体（図示せず）に接続されるように
端子部になつている。７は可動接触子で、可動導
体８を有し、その一端に固定接点６に対向した可
動接点９を有している。１０は可動接触子装置、
１１は可動子腕でクロスバー１２に固定され各極
同時に開閉されるようになされている。１３は消
弧室で消弧板１４が側板１５により保持されてい
る。１６はトグルリング機構で上リンク１７と下
リンク１８より構成されている。上リンク１７の
一端はクレドル１９に、また他端は下リンク１８
の一端にそれぞれ軸２０，２１により連結されて
いる。なお下リンク１８の他端は上記可動接触子
装置１０の可動子腕１１に連結されている。２２
は起倒形操作ハンドル、２３は作動ばねでトグル
リンク機構１６の軸２１と上記操作ハンドル２２
との間に架張されている。２４，２５は、それぞ
れ熱動および電磁引きはずし機構で作動時には、
それぞれバイメタル２６および可動鉄心２７によ
りトリツプバー２８を反時計方向に回動させるよ
うになつている。２９は一端が上記トリツプバー
２８に係止され他端はクレドル１９を係止してい
るラツチである。クレドル１９がラツチ２９に係
止された状態で操作ハンドル２２を開閉位置に倒
せばトグルリング機構１６が伸長して軸２１がク
レドル１９に係止され可動接点９は固定接点６に
接合させる。この状態が第１図である。次いで操
作ハンドル２２を開路位置に倒せばトグルリンク
機構１６は屈曲して可動接点９が固定接点６より
開離され可動子腕１１が回動してクレドル軸３０
に係止される。この状態が第２図である。また前
記第１図に示す閉路状態で回路に過電流が流れる
と熱動引きはずし機構２４あるいは電磁引きはず
し機構２５によりトリツプバー２８が作動してク
レドル軸３０を中心に時計方向にクレドル１９が
回転しストツパー軸３１に係止される。このと
き、クレドル１９と上リンク１７の連結点が上記
作動ばね２３の作用線を越えるため作動ばね２３
のばね力によつてトグルリンク機構１６が屈曲し
てクロスバー１２により各極連動して自動しや断
を行なう。この状態が第３図である。 次に回路しや断器が電流しや断時に発生するア
ークの振舞いについて説明する。 今、可動接点９と固定接点６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
５、固定接点６、可動接点９及び可動導体８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、前
述したように、可動接点９を固定接点６から開離
させる。この際、上記固定及び可動接点６，９間
にはアーク３２が発生し固定及び可動接点６，９
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６からの可動接点９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３２
が消弧板１４の方向へ磁気力によつて引き付けら
れ伸長するため、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を消弧
し、しや断が完結する。 〔従来技術の問題点〕 しかし、前記の様にして注入された莫大なアー
クエネルギーは最終的には熱エネルギーの形にな
り完全に容器外に逃げ去るが、過渡的には限られ
た容器内のガスの温度を上昇させ、引いてはガス
圧力を急激に上昇させることになる。これにより
回路しや断器内部の絶縁劣化、回路しや断器外部
への放出火花量の増大による電源短絡事故、回路
しや断器本体の破壊等の重大な欠点があつた。 〔アークエネルギー消費のメカニズム〕 次にこの発明を創作する基になつたアークのエ
ネルギー消費のメカニズムに関して述べる。 第４図は、接触子４，７間にアークＡが生じた
図である。図中Ｔはアークから接触子に伝達して
逃げる熱エネルギーの流れ、ｍはアーク空間から
逃げる金属粒子のエネルギーの流れ、Ｒはアーク
空間から逃げる光によるエネルギーの流れをそれ
ぞれ示している。第８図において、アーク３２に
注入されたエネルギーは、上記の三つのエネルギ
ーの流れ、Ｔ，ｍ，Ｒによつて概ね消費されてし
まう。この内、電極への熱の逃げＴは微小であ
り、大半のエネルギーはｍとＲにて持ち去られて
しまう。さて、従来、アークのエネルギーの消費
のメカニズムにおいては、図中のｍが圧倒的であ
り、Ｒのエネルギーはほとんど無視されていた
が、発明者等の最近の研究により、Ｒのエネルギ
ー即ち、光によるエネルギーの消費がアークに注
入されたエネルギーの約70％にも達する程莫大で
あることが解つてきた。 即ちアークに注入されたエネルギーの消費は次
のように解析できる。 Pw＝Ｖ・Ｉ＝Pk＋Pth＋PR Pk＝１／２mv2＋ｍ・Cp・Ｔ 但し、 Pw：瞬時注入エネルギー Ｖ：アーク電圧 Ｉ：電流 Ｖ・Ｉ：アークに注入される瞬時電気エネルギー Pk：金属粒子が持ち去る瞬時エネルギー消費量 １／２mv2：mgの金属粒子が速度ｖで飛び去る時持 ち去る瞬時エネルギー消費量 ｍ・Cp・Ｔ：定圧比熱Cpのガス（金属粒子のガ
ス）が温度Ｔにて逃げた時に持ち去る瞬時エネ
ルギー消費量 Pth：アーク空間から、電極へ熱伝導にて逃げ去
る瞬時エネルギー消費量 PR：光により、アークから直接放射される瞬時
エネルギー消費量 上記の消費量は電極形状やアーク長によつて変
化するが、10〜20mmのアークに対してはそれぞれ
Pk＝10〜20％、Pth＝５％、PR＝75〜85％であ
る。 次にアークを容器に閉じ込めた時の状況を第５
図に示す。アークを容器に閉じ込めると、容器内
空間は、電極金属が充満しかつ高温の状態とな
る。特にアーク陽光柱Ａの周辺ガス空間Ｑ（図中
斜線で示した空間Ｑ）は、上記の状態が強い。さ
て、アークを発した光は、アーク陽光柱Ａから放
出され、容器３の壁に照射され反射する。反射さ
れた光は散乱され、再度、電極粒子の充満した高
温空間を通過し、再度、壁面に照射される。この
ような過程を光量が零になるまで繰り返すのであ
る。この間の、光の経路を図中Ra→Rb→Rc→
Rdにて示している。 上記の過程において、アークから発した光の消
費は次の二点である。 (1) 壁面での吸収 (2) アーク空間及び周辺（高温）ガス空間による
吸収、即ちガス空間による吸収。 又、アークから発する光は、2000Å以下の遠紫
外から、1μｍ以上の遠赤外までのすべての波長
領域に限り、連続スペクトル及び線スペクトルか
らなる。一般の容器壁面は、たとえば表面が黒色
をしておつても、4000Å〜5500Å程度の範囲にお
いてのみ、光の吸収能力を有するのみで、その他
の範囲においては、一部を吸収するにとどまりほ
とんど反射してしまうものである。ところが、ア
ーク空間及び周辺高温ガス空間での吸収は次のよ
うになる。 長さＬの一様な組成・温度を有するガス空間に
波長λの光を照射した時ガス空間による光の吸収
量は、次のように算定出来る。 Ia＝Ａ・ｎ・LIin ……(1) Ia：ガスによる吸収エネルギー Ａ：吸収確率 Iin：照射する光エネルギー ｎ：粒子密度 Ｌ：光が通過する光路長 但し、(1)式は、特定波長λに対する吸収エネル
ギー量を示す。Ａは特定波長λに対する吸収確率
であり、波長λ、ガス温度、粒子の種類の関数で
ある。 (1)式について、量子力学の教えに従えば、吸収
係数Ａは、連続・線スペクトルともに、光を発す
る光源ガスと同一状態のガス（即ち、粒子の種
類、温度が同一）が最も大きな値を有することに
なる。即ち、アーク空間から発する光は、アーク
空間及びその周辺ガス空間が最も多く吸収するわ
けである。 (1)式において、光の吸収エネルギー量Iaは、光
路長Ｌに比例する。第５図に示すように、アーク
空間からの光が壁面にて反射されると、(1)式中の
Ｌは、その反射回数倍だけ増大することにより、
アーク空間の高温部で吸収される光エネルギー量
が増大することになる。 これは、即ち、アークの発する光のエネルギー
が結局、容器内のガスに吸収され、これによつて
ガスの温度が上昇し、ガスの圧力が上昇すること
を意味している。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、容器内に一対の電気接触子と
磁性金属材料製の多数の消弧板と上記多数の消弧
板を橋架支持する側板とを備えた開閉器におけ
る、アーク発生時に、上記容器内のアークに注入
された電気的エネルギーの約70％にも達する光の
エネルギーを効果的に（即ち瞬間的且多量に）吸
収し、以つて容器内のガス空間の温度を低下さ
せ、これによつて容器内のガス圧力を低下させる
事にある。延いては、従来の開閉器における前記
重大な諸欠点、即ち開閉器の内部の絶縁劣化、開
閉器外部への放出火花量の増大による電源短絡事
故、開閉器本体の破壊等々の重大な諸欠点を解消
する事にある。 〔発明の目的達成の手段〕 本発明は、容器内に一対の電気接触子と磁性金
属材料製の多数の消弧板と上記多数の消弧板を橋
架支持する側面とを備えた開閉器に係る前記の目
的を達成する為に、上記側板を、見掛けの気孔率
が35％以上の無機質材あるいは有機質と無機質の
複合材から成る光吸収作用を有する多孔質材料に
よつて、構成したことを特徴とするものである。 多孔質材料は、一般には固体構造内に多数の細
孔を持つ材料で、金属、無機系、有機質などの多
くの範囲における材料に存在するもので、材質と
細孔との間係において、一つは固体粒子相互の接
点で焼結固化したもの、他の一つは孔が主体で孔
を形成する隔壁が固体物質であるものに区別され
ている。なおこの発明で素材とは、形状にとらわ
れない、形状加工前のもとの材料をいう。 さらに細かく分類すると粒子間の〓間が細孔と
して存在するもの、粒子間の〓間と粒子内の孔の
細孔を共に有するもの、発泡性の孔を内部に包含
するものなどに分けることができる。また通気
性・通水性のあるものと、気孔が内部に独立し通
気性のないものとに大別することもできる。 上記の細孔の形状は非常に複雑で大きくは開孔
と閉孔に類別され、その構造は、細孔容積または
気孔率、細孔径および細孔径分布、比表面積など
で表示する。 気孔率は多孔質素材に含まれる開孔と閉孔のす
べての細孔容積の割合を素材の全容積（カサ容
積）に対する空〓比すなわち百分率で示したもの
を真の気孔率とし、測定方法は液体または気体に
よる置換法および吸収法などによるが、簡便法と
してJISR2614の耐火断熱レンガの比重および気
孔率の測定方法に定義されるとおり次のように計
算される。 真の気孔率＝（１−カサ比重／真比重）×100
％ また開孔の容積の割合を素材の全容積（カサ容
積）に対する空〓比すなわち百分率で示したもの
を見掛けの気孔率とし、JISR2205耐火レンガの
見掛気孔率、吸収率及び比重の測定方法に定義さ
れるとおり、次のようにして計算される。なお見
掛け気孔率は有効気孔率ともいう。 見掛けの気孔率＝飽水重量−乾燥重量／飽水重量−水中
重量×100％ 細孔径は細孔容積および比重面積の測定値より
求められるが、原子やイオンの大きさに近いもの
から粒子団の界面間〓まで数Å（オングストロー
ム）から数mmまで分布するが、一般に、その分布
の平均値として定義される。多孔質材料では顕微
鏡による方法や水銀圧入法で気孔の形状、大きさ
およびその分布を測定することができる。一般に
は複雑な気孔の形状や分布の状態を正確に知るた
めには顕微鏡を用いるのが直接的で好ましい。 比表面積の測定は各種吸着ガス質の各温度にお
ける吸着等温線を利用して求められるBET法が
多く用いられ、特に窒素ガスが多く用いられる。 次にこの発明の前提である。高多孔質材料によ
る光のエネルギーの吸収とそれによるガスの圧力
低下の模様を、無機質高多孔材料を例に説明す
る。 第６図は無機質高多孔素材を示した斜視図、第
７図は第６図の部分拡大図である。図において３
３は無機質高多孔素材、３４は無機物表面に通じ
て開孔を示している。開孔３４の細孔径は数μか
ら数mmまで大小さまざまな分布を示しているもの
である。 さて、この多孔素材３３に第７図のＲにて示す
ように、光が入射した場合に光が開口３４に入射
すると、光は無機物の壁面に当り、反射され、そ
の細孔の内部で多重反射され、ついには壁面に
100％吸収されてしまう。即ち開孔３４に入射し
た光は、無機物表面に直接吸収され、細孔内で熱
になるのである。 第８図は無機質高多孔材料をモデル容器内に入
れたものにおいて、その無機質高多孔材料の見掛
けの気孔率を変化させた時のモデル容器内圧力変
化の曲線図を示している。第８図で横軸は見掛け
の気孔率、縦軸は容器内壁をCu、Fe、Alなどの
金属で構成した時の圧力を１として規格化してあ
る。実験条件としては、一辺10cmの立方体の密閉
容器内にAgW接点を10mmの定ギヤツプに設置し
ピーク10KAの正弦波電流のアークを８ｍｓ（ミ
リ秒）発生させ、この時のエネルギーで生じる容
器内圧力を測定している。 上記実測例に使用した無機質高多孔材料として
は、コージライト材質の陶磁器原料を可燃性もし
くは発泡剤を加えるなどの方法で成形し焼結し
て、多気孔にした多孔質陶磁器で、平均細孔径範
囲10〜300μ、多孔質材料の見掛け気孔率20％、
30％、35％、40％、45％、50％、60％、70％、80
％、85％のもので、50mm×50mm×４mmtの各種サ
ンプルを使用しこれをモデル容器壁面に配置し、
モデル容器内面の表面積50％を覆うようにした。 細孔径としては、吸収される光の波長領域を若
干越える程度の平均細孔径とその細孔が表面に占
める割合、すなわち細孔の比表面積の多少が問題
となる。又光の細孔内吸収においては、細孔の深
いものが効果があり、連通気孔が好ましい。開閉
器でアークから発生する光は数百Å〜10000Å
（1μｍ）に分布するので、これをを若干越える程
度、即ち数千Å〜数1000μｍの平均細孔径のもの
が適しており、表面に占める穴の面積が、見掛け
気孔率35％以上となる高多孔質材料がアークの発
する光の吸収に適している。特に細孔径が数Å〜
数1000μｍの範囲、好ましくは上限が1000μｍ以
下の範囲にある細孔の比表面積が大きい程効果が
ある。実験では平均細孔径5μ〜１mmでアークの
発する光に対して、良好な吸収特性を示すことを
確認した。又材料がガラスで、平均細孔径が5μ、
20μでアークの発する光に対して良好な光の吸収
を観測した。 第８図からわかるように、無機質高多孔材料の
気孔は光エネルギーを吸収し、開閉器内部の圧力
を低下する効果があり、これは多孔質素材の見掛
け気孔率の増大とともに大きくなり、特に気孔率
が35％以上から顕著になり85％までの範囲で効果
が確認された。気孔率がさらに増大すれば、高多
孔材料の厚さを一層増加させることにより対応さ
せる必要がある。 ただし多孔質素材の見掛け気孔率と機械的強度
の関係において、気孔率が大きくなると、もろく
なつたり熱伝導性が低下し高熱により溶融し易
く、又気孔率が小さい場合には、開閉器内減圧の
効果が薄い。従つて実用的には多孔質材料の見掛
け気孔率が40〜70％の範囲の高多孔質材料が最適
である。 第８図の特性傾向は無機質高多孔材料全般につ
いて言えることであつて、これは光の吸収に関す
る以上の説明からも推察できるところである。 〔従来の開閉器の無機質材料〕 従来の開閉器には無機質材料が使用されている
ものがあるが、その使用目的は、特に有機物容器
のアークからの保護が主であつて、その特性は耐
アーク性、寿命、熱伝導、機械的強度、絶縁性、
炭化対策が求められており、これらを満す無機質
材料は必然的にち密化指向で構成され、目的を異
にするもので、その見掛け気孔率は20％前後とな
つている。 高多孔質素材としては無機、金属、有機系など
があるが、中でも無機系は、絶縁物でかつ高融点
材料として特徴ずけられる。この２つの性質は、
開閉器の容器内部に設置する材料としては格好で
あり、電気的に絶縁物なので、しや断に対し悪影
響を及ぼさなく、又、高温にさらされても、融け
たり、ガスを出したりしないので、圧力抑制材料
としては最適である。 無機質多孔材料としては、多孔質の陶磁器、耐
火物、ガラス、セメント硬化体などがありいずれ
も開閉器内のガスの圧力の低下をさせるために使
用できる。 〔実施例〕 次に多孔質材料の設置列を第９図から第１１図
に示す。第９図は本発明の一実施例を示す断面図
で、第１０図はその要部斜視図、第１１図はその
作用を示す要部断面図である。 図において、３３は多数の消弧板１４を橋架保
持した側板であつて、その素材は多孔質材料、例
えばマグネシアあるいはジルコニア等を主成分と
する無機多孔質材料より成る。 多孔質の形態は、例えば天然の軽石状あるいは
海綿状であつて、見掛けの気孔率（有効気孔率）
が35％以上の気泡を含有し、良好な光吸収作用を
呈するものである。 下表は、従来例に対する本実施例の進歩性を実
証する性能対比表である。
るものである。なお、この発明でいう開閉器と
は、特に回路しや断器、限流器、電磁開閉器など
の容器、通常は小型容器内でアークを生じるもの
を示している。 〔従来の技術〕 以下、開閉器の分野の従来の技術を、回路しや
断器を例にとつて説明する。 第１図〜第３図は従来の回路しや断器を示す断
面図で、それぞれ異なつた動作状態を示してい
る。 １はカバー、２はベースで、カバー１とベース
２とで容器３を構成する。４は固定接触子で、固
定導体５を有し、その一端に固定接点６を有し、
他端は外部導体（図示せず）に接続されるように
端子部になつている。７は可動接触子で、可動導
体８を有し、その一端に固定接点６に対向した可
動接点９を有している。１０は可動接触子装置、
１１は可動子腕でクロスバー１２に固定され各極
同時に開閉されるようになされている。１３は消
弧室で消弧板１４が側板１５により保持されてい
る。１６はトグルリング機構で上リンク１７と下
リンク１８より構成されている。上リンク１７の
一端はクレドル１９に、また他端は下リンク１８
の一端にそれぞれ軸２０，２１により連結されて
いる。なお下リンク１８の他端は上記可動接触子
装置１０の可動子腕１１に連結されている。２２
は起倒形操作ハンドル、２３は作動ばねでトグル
リンク機構１６の軸２１と上記操作ハンドル２２
との間に架張されている。２４，２５は、それぞ
れ熱動および電磁引きはずし機構で作動時には、
それぞれバイメタル２６および可動鉄心２７によ
りトリツプバー２８を反時計方向に回動させるよ
うになつている。２９は一端が上記トリツプバー
２８に係止され他端はクレドル１９を係止してい
るラツチである。クレドル１９がラツチ２９に係
止された状態で操作ハンドル２２を開閉位置に倒
せばトグルリング機構１６が伸長して軸２１がク
レドル１９に係止され可動接点９は固定接点６に
接合させる。この状態が第１図である。次いで操
作ハンドル２２を開路位置に倒せばトグルリンク
機構１６は屈曲して可動接点９が固定接点６より
開離され可動子腕１１が回動してクレドル軸３０
に係止される。この状態が第２図である。また前
記第１図に示す閉路状態で回路に過電流が流れる
と熱動引きはずし機構２４あるいは電磁引きはず
し機構２５によりトリツプバー２８が作動してク
レドル軸３０を中心に時計方向にクレドル１９が
回転しストツパー軸３１に係止される。このと
き、クレドル１９と上リンク１７の連結点が上記
作動ばね２３の作用線を越えるため作動ばね２３
のばね力によつてトグルリンク機構１６が屈曲し
てクロスバー１２により各極連動して自動しや断
を行なう。この状態が第３図である。 次に回路しや断器が電流しや断時に発生するア
ークの振舞いについて説明する。 今、可動接点９と固定接点６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
５、固定接点６、可動接点９及び可動導体８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、前
述したように、可動接点９を固定接点６から開離
させる。この際、上記固定及び可動接点６，９間
にはアーク３２が発生し固定及び可動接点６，９
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６からの可動接点９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３２
が消弧板１４の方向へ磁気力によつて引き付けら
れ伸長するため、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を消弧
し、しや断が完結する。 〔従来技術の問題点〕 しかし、前記の様にして注入された莫大なアー
クエネルギーは最終的には熱エネルギーの形にな
り完全に容器外に逃げ去るが、過渡的には限られ
た容器内のガスの温度を上昇させ、引いてはガス
圧力を急激に上昇させることになる。これにより
回路しや断器内部の絶縁劣化、回路しや断器外部
への放出火花量の増大による電源短絡事故、回路
しや断器本体の破壊等の重大な欠点があつた。 〔アークエネルギー消費のメカニズム〕 次にこの発明を創作する基になつたアークのエ
ネルギー消費のメカニズムに関して述べる。 第４図は、接触子４，７間にアークＡが生じた
図である。図中Ｔはアークから接触子に伝達して
逃げる熱エネルギーの流れ、ｍはアーク空間から
逃げる金属粒子のエネルギーの流れ、Ｒはアーク
空間から逃げる光によるエネルギーの流れをそれ
ぞれ示している。第８図において、アーク３２に
注入されたエネルギーは、上記の三つのエネルギ
ーの流れ、Ｔ，ｍ，Ｒによつて概ね消費されてし
まう。この内、電極への熱の逃げＴは微小であ
り、大半のエネルギーはｍとＲにて持ち去られて
しまう。さて、従来、アークのエネルギーの消費
のメカニズムにおいては、図中のｍが圧倒的であ
り、Ｒのエネルギーはほとんど無視されていた
が、発明者等の最近の研究により、Ｒのエネルギ
ー即ち、光によるエネルギーの消費がアークに注
入されたエネルギーの約70％にも達する程莫大で
あることが解つてきた。 即ちアークに注入されたエネルギーの消費は次
のように解析できる。 Pw＝Ｖ・Ｉ＝Pk＋Pth＋PR Pk＝１／２mv2＋ｍ・Cp・Ｔ 但し、 Pw：瞬時注入エネルギー Ｖ：アーク電圧 Ｉ：電流 Ｖ・Ｉ：アークに注入される瞬時電気エネルギー Pk：金属粒子が持ち去る瞬時エネルギー消費量 １／２mv2：mgの金属粒子が速度ｖで飛び去る時持 ち去る瞬時エネルギー消費量 ｍ・Cp・Ｔ：定圧比熱Cpのガス（金属粒子のガ
ス）が温度Ｔにて逃げた時に持ち去る瞬時エネ
ルギー消費量 Pth：アーク空間から、電極へ熱伝導にて逃げ去
る瞬時エネルギー消費量 PR：光により、アークから直接放射される瞬時
エネルギー消費量 上記の消費量は電極形状やアーク長によつて変
化するが、10〜20mmのアークに対してはそれぞれ
Pk＝10〜20％、Pth＝５％、PR＝75〜85％であ
る。 次にアークを容器に閉じ込めた時の状況を第５
図に示す。アークを容器に閉じ込めると、容器内
空間は、電極金属が充満しかつ高温の状態とな
る。特にアーク陽光柱Ａの周辺ガス空間Ｑ（図中
斜線で示した空間Ｑ）は、上記の状態が強い。さ
て、アークを発した光は、アーク陽光柱Ａから放
出され、容器３の壁に照射され反射する。反射さ
れた光は散乱され、再度、電極粒子の充満した高
温空間を通過し、再度、壁面に照射される。この
ような過程を光量が零になるまで繰り返すのであ
る。この間の、光の経路を図中Ra→Rb→Rc→
Rdにて示している。 上記の過程において、アークから発した光の消
費は次の二点である。 (1) 壁面での吸収 (2) アーク空間及び周辺（高温）ガス空間による
吸収、即ちガス空間による吸収。 又、アークから発する光は、2000Å以下の遠紫
外から、1μｍ以上の遠赤外までのすべての波長
領域に限り、連続スペクトル及び線スペクトルか
らなる。一般の容器壁面は、たとえば表面が黒色
をしておつても、4000Å〜5500Å程度の範囲にお
いてのみ、光の吸収能力を有するのみで、その他
の範囲においては、一部を吸収するにとどまりほ
とんど反射してしまうものである。ところが、ア
ーク空間及び周辺高温ガス空間での吸収は次のよ
うになる。 長さＬの一様な組成・温度を有するガス空間に
波長λの光を照射した時ガス空間による光の吸収
量は、次のように算定出来る。 Ia＝Ａ・ｎ・LIin ……(1) Ia：ガスによる吸収エネルギー Ａ：吸収確率 Iin：照射する光エネルギー ｎ：粒子密度 Ｌ：光が通過する光路長 但し、(1)式は、特定波長λに対する吸収エネル
ギー量を示す。Ａは特定波長λに対する吸収確率
であり、波長λ、ガス温度、粒子の種類の関数で
ある。 (1)式について、量子力学の教えに従えば、吸収
係数Ａは、連続・線スペクトルともに、光を発す
る光源ガスと同一状態のガス（即ち、粒子の種
類、温度が同一）が最も大きな値を有することに
なる。即ち、アーク空間から発する光は、アーク
空間及びその周辺ガス空間が最も多く吸収するわ
けである。 (1)式において、光の吸収エネルギー量Iaは、光
路長Ｌに比例する。第５図に示すように、アーク
空間からの光が壁面にて反射されると、(1)式中の
Ｌは、その反射回数倍だけ増大することにより、
アーク空間の高温部で吸収される光エネルギー量
が増大することになる。 これは、即ち、アークの発する光のエネルギー
が結局、容器内のガスに吸収され、これによつて
ガスの温度が上昇し、ガスの圧力が上昇すること
を意味している。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、容器内に一対の電気接触子と
磁性金属材料製の多数の消弧板と上記多数の消弧
板を橋架支持する側板とを備えた開閉器におけ
る、アーク発生時に、上記容器内のアークに注入
された電気的エネルギーの約70％にも達する光の
エネルギーを効果的に（即ち瞬間的且多量に）吸
収し、以つて容器内のガス空間の温度を低下さ
せ、これによつて容器内のガス圧力を低下させる
事にある。延いては、従来の開閉器における前記
重大な諸欠点、即ち開閉器の内部の絶縁劣化、開
閉器外部への放出火花量の増大による電源短絡事
故、開閉器本体の破壊等々の重大な諸欠点を解消
する事にある。 〔発明の目的達成の手段〕 本発明は、容器内に一対の電気接触子と磁性金
属材料製の多数の消弧板と上記多数の消弧板を橋
架支持する側面とを備えた開閉器に係る前記の目
的を達成する為に、上記側板を、見掛けの気孔率
が35％以上の無機質材あるいは有機質と無機質の
複合材から成る光吸収作用を有する多孔質材料に
よつて、構成したことを特徴とするものである。 多孔質材料は、一般には固体構造内に多数の細
孔を持つ材料で、金属、無機系、有機質などの多
くの範囲における材料に存在するもので、材質と
細孔との間係において、一つは固体粒子相互の接
点で焼結固化したもの、他の一つは孔が主体で孔
を形成する隔壁が固体物質であるものに区別され
ている。なおこの発明で素材とは、形状にとらわ
れない、形状加工前のもとの材料をいう。 さらに細かく分類すると粒子間の〓間が細孔と
して存在するもの、粒子間の〓間と粒子内の孔の
細孔を共に有するもの、発泡性の孔を内部に包含
するものなどに分けることができる。また通気
性・通水性のあるものと、気孔が内部に独立し通
気性のないものとに大別することもできる。 上記の細孔の形状は非常に複雑で大きくは開孔
と閉孔に類別され、その構造は、細孔容積または
気孔率、細孔径および細孔径分布、比表面積など
で表示する。 気孔率は多孔質素材に含まれる開孔と閉孔のす
べての細孔容積の割合を素材の全容積（カサ容
積）に対する空〓比すなわち百分率で示したもの
を真の気孔率とし、測定方法は液体または気体に
よる置換法および吸収法などによるが、簡便法と
してJISR2614の耐火断熱レンガの比重および気
孔率の測定方法に定義されるとおり次のように計
算される。 真の気孔率＝（１−カサ比重／真比重）×100
％ また開孔の容積の割合を素材の全容積（カサ容
積）に対する空〓比すなわち百分率で示したもの
を見掛けの気孔率とし、JISR2205耐火レンガの
見掛気孔率、吸収率及び比重の測定方法に定義さ
れるとおり、次のようにして計算される。なお見
掛け気孔率は有効気孔率ともいう。 見掛けの気孔率＝飽水重量−乾燥重量／飽水重量−水中
重量×100％ 細孔径は細孔容積および比重面積の測定値より
求められるが、原子やイオンの大きさに近いもの
から粒子団の界面間〓まで数Å（オングストロー
ム）から数mmまで分布するが、一般に、その分布
の平均値として定義される。多孔質材料では顕微
鏡による方法や水銀圧入法で気孔の形状、大きさ
およびその分布を測定することができる。一般に
は複雑な気孔の形状や分布の状態を正確に知るた
めには顕微鏡を用いるのが直接的で好ましい。 比表面積の測定は各種吸着ガス質の各温度にお
ける吸着等温線を利用して求められるBET法が
多く用いられ、特に窒素ガスが多く用いられる。 次にこの発明の前提である。高多孔質材料によ
る光のエネルギーの吸収とそれによるガスの圧力
低下の模様を、無機質高多孔材料を例に説明す
る。 第６図は無機質高多孔素材を示した斜視図、第
７図は第６図の部分拡大図である。図において３
３は無機質高多孔素材、３４は無機物表面に通じ
て開孔を示している。開孔３４の細孔径は数μか
ら数mmまで大小さまざまな分布を示しているもの
である。 さて、この多孔素材３３に第７図のＲにて示す
ように、光が入射した場合に光が開口３４に入射
すると、光は無機物の壁面に当り、反射され、そ
の細孔の内部で多重反射され、ついには壁面に
100％吸収されてしまう。即ち開孔３４に入射し
た光は、無機物表面に直接吸収され、細孔内で熱
になるのである。 第８図は無機質高多孔材料をモデル容器内に入
れたものにおいて、その無機質高多孔材料の見掛
けの気孔率を変化させた時のモデル容器内圧力変
化の曲線図を示している。第８図で横軸は見掛け
の気孔率、縦軸は容器内壁をCu、Fe、Alなどの
金属で構成した時の圧力を１として規格化してあ
る。実験条件としては、一辺10cmの立方体の密閉
容器内にAgW接点を10mmの定ギヤツプに設置し
ピーク10KAの正弦波電流のアークを８ｍｓ（ミ
リ秒）発生させ、この時のエネルギーで生じる容
器内圧力を測定している。 上記実測例に使用した無機質高多孔材料として
は、コージライト材質の陶磁器原料を可燃性もし
くは発泡剤を加えるなどの方法で成形し焼結し
て、多気孔にした多孔質陶磁器で、平均細孔径範
囲10〜300μ、多孔質材料の見掛け気孔率20％、
30％、35％、40％、45％、50％、60％、70％、80
％、85％のもので、50mm×50mm×４mmtの各種サ
ンプルを使用しこれをモデル容器壁面に配置し、
モデル容器内面の表面積50％を覆うようにした。 細孔径としては、吸収される光の波長領域を若
干越える程度の平均細孔径とその細孔が表面に占
める割合、すなわち細孔の比表面積の多少が問題
となる。又光の細孔内吸収においては、細孔の深
いものが効果があり、連通気孔が好ましい。開閉
器でアークから発生する光は数百Å〜10000Å
（1μｍ）に分布するので、これをを若干越える程
度、即ち数千Å〜数1000μｍの平均細孔径のもの
が適しており、表面に占める穴の面積が、見掛け
気孔率35％以上となる高多孔質材料がアークの発
する光の吸収に適している。特に細孔径が数Å〜
数1000μｍの範囲、好ましくは上限が1000μｍ以
下の範囲にある細孔の比表面積が大きい程効果が
ある。実験では平均細孔径5μ〜１mmでアークの
発する光に対して、良好な吸収特性を示すことを
確認した。又材料がガラスで、平均細孔径が5μ、
20μでアークの発する光に対して良好な光の吸収
を観測した。 第８図からわかるように、無機質高多孔材料の
気孔は光エネルギーを吸収し、開閉器内部の圧力
を低下する効果があり、これは多孔質素材の見掛
け気孔率の増大とともに大きくなり、特に気孔率
が35％以上から顕著になり85％までの範囲で効果
が確認された。気孔率がさらに増大すれば、高多
孔材料の厚さを一層増加させることにより対応さ
せる必要がある。 ただし多孔質素材の見掛け気孔率と機械的強度
の関係において、気孔率が大きくなると、もろく
なつたり熱伝導性が低下し高熱により溶融し易
く、又気孔率が小さい場合には、開閉器内減圧の
効果が薄い。従つて実用的には多孔質材料の見掛
け気孔率が40〜70％の範囲の高多孔質材料が最適
である。 第８図の特性傾向は無機質高多孔材料全般につ
いて言えることであつて、これは光の吸収に関す
る以上の説明からも推察できるところである。 〔従来の開閉器の無機質材料〕 従来の開閉器には無機質材料が使用されている
ものがあるが、その使用目的は、特に有機物容器
のアークからの保護が主であつて、その特性は耐
アーク性、寿命、熱伝導、機械的強度、絶縁性、
炭化対策が求められており、これらを満す無機質
材料は必然的にち密化指向で構成され、目的を異
にするもので、その見掛け気孔率は20％前後とな
つている。 高多孔質素材としては無機、金属、有機系など
があるが、中でも無機系は、絶縁物でかつ高融点
材料として特徴ずけられる。この２つの性質は、
開閉器の容器内部に設置する材料としては格好で
あり、電気的に絶縁物なので、しや断に対し悪影
響を及ぼさなく、又、高温にさらされても、融け
たり、ガスを出したりしないので、圧力抑制材料
としては最適である。 無機質多孔材料としては、多孔質の陶磁器、耐
火物、ガラス、セメント硬化体などがありいずれ
も開閉器内のガスの圧力の低下をさせるために使
用できる。 〔実施例〕 次に多孔質材料の設置列を第９図から第１１図
に示す。第９図は本発明の一実施例を示す断面図
で、第１０図はその要部斜視図、第１１図はその
作用を示す要部断面図である。 図において、３３は多数の消弧板１４を橋架保
持した側板であつて、その素材は多孔質材料、例
えばマグネシアあるいはジルコニア等を主成分と
する無機多孔質材料より成る。 多孔質の形態は、例えば天然の軽石状あるいは
海綿状であつて、見掛けの気孔率（有効気孔率）
が35％以上の気泡を含有し、良好な光吸収作用を
呈するものである。 下表は、従来例に対する本実施例の進歩性を実
証する性能対比表である。
従来、アークエネルギーは一般的には熱エネル
ギーとして把握されることが多かつたが、本発明
では、これを光エネルギーとして再把握し、しか
もこの光エネルギーを、その儘の形で瞬時的に吸
収させるようにしたものである。 本発明の作用効果は、約めて言えば、この光吸
収作用によつて開閉器内の圧力上昇を著しく抑制
することが出来た事、従つて又、消弧性能を大幅
に向上させることができた事の２点にある。 以上の事を更に詳細に敷衍すれば、凡そ以下の
通りとなる。 本発明は、見掛けの気孔率が35％以上の無機質
材あるいは有機質と無機質の複合材から成る光吸
収作用を有する多孔質材料より成る側板３３によ
つて、消弧板１４を橋架保持したことを特徴とし
ている。従つて、第１点として、第１１図に示す
ように、消弧板１４間の空間Ｐの圧力は、前述し
たように側板３３の光吸収作用によつて低下し、
アーク３２は容易に消弧板１４間に入り、消弧板
１４の磁気効果と相まつてアーク３２は側板３３
の中央付近に入りこみ、光吸収の効果が充分発揮
されるようになる。第２点として、多孔質材料の
側板３３の表面はアーク面３２の近傍に設置され
るため、アーク３２にふれて溶融消耗しやすくな
る傾向があるが、側板３３は金属である消弧板１
４に接触しているためアーク３２による熱は容易
に消弧板１４に伝達し、側板３３の表面は高温に
なりにくく、溶融消耗することもすくない。第３
点として、光吸収体と側板を兼用しているため、
部品点数も少なくすみ、消弧板１４によつて確実
に固定されるため、多孔質材料の欠点でもある粉
がでる心配も少ない。第４点として、多孔質材料
としてマグネシアあるいはジルコニア等を主成分
とする無機質多孔材料を使用すると、アークに直
射されて高温に達した側板３３の表面がガラス化
することなく結晶化するので、アーク期間中の側
板３３の表面のメグオームが低下することなく良
好なしや断性能を得ることができる。第５点とし
て、多孔質材料の表面を熱処理したり、無機質多
孔物質に有機材を適当に複合させると、内圧低下
の作用に大きな妨げになることなく、開閉器の振
動衝撃による側板３３からの粉末の折出を防止す
ることもできる。 以上のように、本発明を使用すれば、消弧板の
効果を十分に生かすと共に有効に光吸収を行うの
で、しや断時における開閉器内の圧力上昇を十分
に抑制できる。
ギーとして把握されることが多かつたが、本発明
では、これを光エネルギーとして再把握し、しか
もこの光エネルギーを、その儘の形で瞬時的に吸
収させるようにしたものである。 本発明の作用効果は、約めて言えば、この光吸
収作用によつて開閉器内の圧力上昇を著しく抑制
することが出来た事、従つて又、消弧性能を大幅
に向上させることができた事の２点にある。 以上の事を更に詳細に敷衍すれば、凡そ以下の
通りとなる。 本発明は、見掛けの気孔率が35％以上の無機質
材あるいは有機質と無機質の複合材から成る光吸
収作用を有する多孔質材料より成る側板３３によ
つて、消弧板１４を橋架保持したことを特徴とし
ている。従つて、第１点として、第１１図に示す
ように、消弧板１４間の空間Ｐの圧力は、前述し
たように側板３３の光吸収作用によつて低下し、
アーク３２は容易に消弧板１４間に入り、消弧板
１４の磁気効果と相まつてアーク３２は側板３３
の中央付近に入りこみ、光吸収の効果が充分発揮
されるようになる。第２点として、多孔質材料の
側板３３の表面はアーク面３２の近傍に設置され
るため、アーク３２にふれて溶融消耗しやすくな
る傾向があるが、側板３３は金属である消弧板１
４に接触しているためアーク３２による熱は容易
に消弧板１４に伝達し、側板３３の表面は高温に
なりにくく、溶融消耗することもすくない。第３
点として、光吸収体と側板を兼用しているため、
部品点数も少なくすみ、消弧板１４によつて確実
に固定されるため、多孔質材料の欠点でもある粉
がでる心配も少ない。第４点として、多孔質材料
としてマグネシアあるいはジルコニア等を主成分
とする無機質多孔材料を使用すると、アークに直
射されて高温に達した側板３３の表面がガラス化
することなく結晶化するので、アーク期間中の側
板３３の表面のメグオームが低下することなく良
好なしや断性能を得ることができる。第５点とし
て、多孔質材料の表面を熱処理したり、無機質多
孔物質に有機材を適当に複合させると、内圧低下
の作用に大きな妨げになることなく、開閉器の振
動衝撃による側板３３からの粉末の折出を防止す
ることもできる。 以上のように、本発明を使用すれば、消弧板の
効果を十分に生かすと共に有効に光吸収を行うの
で、しや断時における開閉器内の圧力上昇を十分
に抑制できる。
第１図〜第３図は従来の回路しや断器の断面図
で、それぞれ異なつた動作状態を示す。第４図は
接触子間にアークが発生した様子を示す説明図、
第５図は容器内の接触子間にアークが発生した様
子を示す説明図、第６図は無機質高多孔素材を示
す斜視図、第７図は第６図の部分拡大断面図、第
８図はアークを発生させたときの、見掛けの気孔
率に対する容器内圧力変化を示す曲線図、第９図
〜第１１図は本発明の一実施例を示す図面で、第
９図は断面図、第１０図はその要部斜視図、第１
１図はその動作を示す断面図である。 図において、１はカバー、２はベース、５は固
定導体、６は固定接点、８は可動導体、９は可動
接点、１４は消弧板、３３は多孔質材料よりなる
側板である。尚図中同一符号は同一あるいは相当
部分を示す。
で、それぞれ異なつた動作状態を示す。第４図は
接触子間にアークが発生した様子を示す説明図、
第５図は容器内の接触子間にアークが発生した様
子を示す説明図、第６図は無機質高多孔素材を示
す斜視図、第７図は第６図の部分拡大断面図、第
８図はアークを発生させたときの、見掛けの気孔
率に対する容器内圧力変化を示す曲線図、第９図
〜第１１図は本発明の一実施例を示す図面で、第
９図は断面図、第１０図はその要部斜視図、第１
１図はその動作を示す断面図である。 図において、１はカバー、２はベース、５は固
定導体、６は固定接点、８は可動導体、９は可動
接点、１４は消弧板、３３は多孔質材料よりなる
側板である。尚図中同一符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 開閉動作をし、導体と接点とで構成される電
気接触子を少なくとも一対有し、かつ、上記電気
接触子間に発生するアークを所定方向に駆動する
磁性金属材料製の消弧板を備えた開閉器におい
て、 上記消弧板を橋架支持する側板を、見掛けの気
孔率が35％以上の無機質材あるいは有機質と無機
質の複合材から成る光吸収作用を有する多孔質材
料によつて、構成したことを特徴とする開閉器。 ２ 前記側板はその表面を熱処理によつて硬化さ
せて成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の開閉器。 ３ 前記側板を形成する多孔質材料はマグネシア
あるいはジルコニアであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項または第２項記載の開閉器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6442082A JPS58181250A (ja) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | 開閉器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6442082A JPS58181250A (ja) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | 開閉器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58181250A JPS58181250A (ja) | 1983-10-22 |
| JPH03734B2 true JPH03734B2 (ja) | 1991-01-08 |
Family
ID=13257761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6442082A Granted JPS58181250A (ja) | 1982-04-15 | 1982-04-15 | 開閉器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58181250A (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5415267U (ja) * | 1977-07-05 | 1979-01-31 | ||
| JPS5619052A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-23 | Fujitsu Ltd | Pattern correcting device |
| JPS5652841U (ja) * | 1979-09-30 | 1981-05-09 | ||
| JPS5685340U (ja) * | 1979-12-06 | 1981-07-09 |
-
1982
- 1982-04-15 JP JP6442082A patent/JPS58181250A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58181250A (ja) | 1983-10-22 |
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