JPS5828148A - 回路しや断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回路しゃ断器に関するものでらり、特にしゃ
断時における限流性能を向上させた回路しゃ断器に関す
るものである。

第１図（ａ）は一般的な回路しゃ断器を示す一部切欠平
面図であシ、第１図（ｂ）は第１図（ａ）Ｏｂ　−ｂ線
断面図である。この図において、（１）は回路しゃ断器
の外枠を形成した絶縁性の包囲体であり、−側壁に排出
口（１０１）を備えている。（２）は固定接触子で、上
記包囲体（１）に固定され九固定導体（２０１）と、こ
の固定導体（２０１）の先端部に固着された固定接点（
２０２）とからなる。（３）は上記固定接触子（２）と
対をなす可動接触子で、操作機構部（４）によシ駆動す
る可動導体−（３０１）と、この可動導体（３０１）の
先端部に固着され、上記固定接点（２０２）に対して接
離する可動接点θ０■とからなる。（５）は消弧板で、
可動接点（３０２）が固定接点（２０２）よｐ開離する
ときに生じるアークＡを冷却するものである。

いま、可動接点（３０２）と固定接点（２０２）間が閉
成していると、電流は固定導体（２０１）→固定接点（
２０２）→可動接点（３０２）→可動導体（３０１）の
経路で流れる。

この状態において、短絡電流などの大電流がこの回路に
流れると、操作機構部（４）が作動して可動接点００２
）を固定接点（２０２）から開離させる。このとき、固
定接点（２０２）と可動接点（３０２）間にはアークム
が発生し、固定接点（２０２）と可動接点（３０２）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
（２０２）からの可動接点（３０２）の開離距離が増大
するにしたがって上昇する。また、同時にアークＡが消
弧板（５）の方向へ磁気力によって引き付けられ伸長す
るために、アーク電圧はさらに上昇する。

このようにして、アーク電流は電流零点を迎えてアーク
ムを消弧し、しゃ断が完結する。このようなしゃ所動作
中において、可動接点（３０２）と固定接点（２０２）
との間には、アークＡによって短時間、すなわち数ミリ
秒の内に大量のエネルギーが発生する。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（１０１）が
ら大気中に放出される。

回路しゃ断器およびその内部構成゛部品は、そのしゃ断
に際して上記のような動作をするが、つぎ（−固定接点
（２０２）と可動接点０ｏ２）との動作について特に説
明する。一般にアーク抵抗ＲはっＦｆ）ような式で与え
られる。すなわち、 Ｒ＝ｐ−０ ただし、Ｒ：アーク抵抗（Ω） Ｐ：アーク抵抗率（Ω、３） Ｉｌ：アーク長さく３り Ｓ：アーク断面積Ｃｄ＞ しかるに一般に数ＫＡ以上の大電流でかつアーク長さｌ
が５０１１１以下の短いアークムにおいては、アーク空
間は金属粒子によって占められてしまうものである。し
かも、この金属粒子の放出は、接点表面に直角方向に起
こるものである。また、この放出された金属粒子は、放
出時においては接点の金属の沸点近くの温度を有し、さ
らにアーク空間に注入されるや否ヤ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を帯び、
アーク空間の圧力分布にしたがった方向に膨張しながら
高速度で導体から遠ざかる方向に流れ去るものである。

そして、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ｓｉ“こ、この金属粒子の発生量とその放出方
向によって定まる。したがって、アーク電圧もこのよう
なくン属粒子の挙動によって、決定されているものであ
る。つぎに、このような金属粒子の挙動を第２図を用い
て説明する。

第２図において、Ｘ面は固定接点（２０２）と可動接点
（３０２）とが接触する場合の対向面を示し、Ｙ面は上
記Ｘ面以外の接点表面および導体表面の一部を示す。ま
た、図中一点鎖線で示した輪かくｚは、固定接点（２０
２）と可動接点（３０２）間に発生するアークムの外か
くを示す。さらにａおよびｂは、固定接点（２０２）　
　、可動接点（３０２）のＸ面およびＹ面から蒸発など
により発したそれぞれの金属粒子を模式的に示したもの
で、その放出方向はそれぞれ矢印ｍおよび矢印ｎによっ
て示した各流線の方向である２ このような固定接点（２０２）　　、可動接点（３０）
から放出された金属粒子ａ、ｂは、アーク空間のエネル
ギーによって導体金属の沸点温度である約３、ｏｏｏ”
ｃ程度から、導電性を帯びる温度、すなわち８．０００
℃以上、またはさらに高温の２０．０００°Ｃ程度にま
で昇温され、その昇温の過程でアーク空間からエネルギ
ー７を奪い去シ、アーク空間の温度を下げ、その結果ア
ーク抵抗Ｒを増大させる。アーク空間から金属粒子ａ、
’ｂが奪い去るエネルギー量は、金属−粒子の昇温の程
度が大きい程大きく、その昇温の程度は、接点（２０２
）　　、　　（３０２）から発した金属粒子ａ、ｂのア
ーク空間における位置および放出経路によって定まる。

しかるに、第２図に示す従来の回路し中断器においては
、対向面であるＸ面の中心付近から発する金属粒子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面から発する金属粒
子すは、金属粒子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い。すなわち、金属粒子ａの流れる
範囲においては大量のエネルギーを奪ってアーク空間の
温度を下げ、したがってアーク抵抗率Ｐを増大させるが
、金属粒子すの流れる範囲においては、大量のエネルギ
ーを奪わないために、アーク空間の温度の低下も少なく
、シたがって、アーク抵抗率ρの増大も図れず、しかも
、対向面Ｘ面および接点表面Ｙ面からアークＡが発生す
るために、アーク断面積ｅも増大し、したがってアーク
抵抗Ｒも低下する。

このような金属粒子ａ、ｂ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ヤ合ってい
るのであるから、もし、接点（２０２）、　　（３０２
）間に発生する金属粒子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Ｐ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わかる。

さらに、従来の接触子（２）　、　（３）の大きな欠点
は、Ｙ面へのアークムの足の拡大のために、一般にこの
Ｙ面に設けられることの多い接点（２０２）　、　（３
０２）と導体（２０１）　　、　　（３０１）との接合
部に直接アークムの足が拡大しやすく、そのときの熱に
よって融点の低い接合部材が溶融し、接点脱落を起こす
危険性があった点である。

この発明は上記観点からなされたもので、導体とこれに
固着された接点とからな・る１対の接触子を有し、上記
各接点の外周を取シ囲むように上記各導体に圧力反射体
を設け、かつ上記圧力反射体の少なくとも一方を、表面
に窒化物層を生成させた鋼で構成することにより、アー
ク電圧を大きく上昇させ、し中断時の限流性能の向上を
図るとともに、接点の脱落を防止できるようにした回路
しゃ断器を提供することを目的としている。

以下、この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第３図（ａ）はこの発明にかかる回路しゃ断器の一実施
例を示す一部切欠平面図でＴｏシ、第３図（′ｂ）は第
３図（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。第３図（ａ）　、
　（１））において、回路しゃ断器の外枠を形成した包
囲体（１）は絶縁体によシ構成され、−側壁に排出口α
０１）を備えている。固定接触子（２）は包囲体（１）
に固定された固定導体（２０１）と、この固定導体（２
０１）の先端部に取シ付けられた固定接点（２０２）と
から構成されている。可動接触子（３）は固定接触子（
２）に対して開閉するもので、可動導体（３０１）と、
固定接点（２０２）に相対して可動導体（３０１）の先
端部に取シ付けられた可動接点（３０２）とから構成さ
れている。操作機構部（４）は可動接触子（３）を開閉
操作するものである。消弧板（５）は可動接点（３０り
が固定接点（２０２）から開離するときに生じるアーク
を消弧するものである。

上記固定接触子（２）の固定導体（２０１）　、可動接
触子（３）の可動導体（３０１）には、これらに設けら
れた固定接点（２０２）　、可動接点（３０２）の外周
を取シ囲んでアークＡに対向するような板状の圧力反射
体（６）　、　（７）が取υ付けられている。

上記両接点（２０２）　　、　　（３０２）は圧力反射
体（６）　、　（７）から突出し、かつ圧力反射体（６
）　、　（７）は、表面に窒化物層を生成させた（タフ
トライド処理）鋼により構成されている。

なお、消弧板（５）は使用しなくてもよいが、使用した
方が効果的である。消弧板（５）は磁性体あるいは非磁
性体で形成されているが、非磁性消弧板を使用すると、
定格の大きい回路しゃ断器では定格運転時の温度上昇が
問題で、磁性体による渦電流が大きな原因となっていた
が、その欠点を除去することができる。

いま、第３図において、可動接点（３０２）と固定接点
（２０２）間が閉成していると、電流は固定導体（２０
１）−固定接点（２０２）　→可動接点（３０２）−可
動導体（３０１）へと、電源側から負荷側に流れる。こ
の状態において、短絡電流などの大電流がこの回路に流
れると、操作機構部（４）が作動して、可動接点σ０２
）を固定接点（２０２）から開離させる。この。

とき、固定接点（２０２）と可動接点００の間にアーク
ムが発生する。このアークムにおいては第４図において
示すように、圧力反射体（６）　、　（７）によって金
属粒子ａ、ｃが反射され、アーク空間が高圧となシ；そ
の結果アークが効果的に冷却され消弧される。

第４図は第３図の回路し中断器における固定接点（２０
２）と可動接点（３０２）間の金属粒子ａ、ｃの挙動の
模式的説明図である。すなわち、第４図かられかるよう
に、接点（２０２）　　、　　（３０２）の周辺空間ｑ
における圧力値は、アークＡ自身の空間の圧力値以上に
はなり得ないが、しかし少くとも、圧力反射体（６）　
、　（７）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。したがって、圧力反射体（６）　、　（
ｎによって生じた相当に高い圧力をもつ周辺空間ｑは、
アークＡの空間の拡がシを抑制する力を与え、アークＡ
ｆｔ狭い空間に「しぼシ込む」ことになる。これはすな
わち、対向面であるＸ面よシ発した金属粒子ａ、ｃなど
の流線ｍ、ｏをアーク空間にしぼり込み閉じ込めること
になる。よって、Ｘ面よシ発した金属粒子ａ、ｃは、有
効にアーク空間に注入される。その結果、有効に注入さ
れた大量の金属粒子ａ、ｃは、アーク空間から従来装置
とは比較にならない大量のエネルギーを奪い去って、ア
ーク空間を著しく冷却する。これにより、アーク抵抗率
Ｐすなわちアーク抵抗Ｒが著しく上昇してアーク電圧が
きわめて大きく上昇し、高い限流性能が得られる。

さらに、圧力反射体（６）　、　（７）の材料が１表面
に窒化物層を生成させた（タフトライド処理）鋼である
ため、すなわち圧力反射体（６）　、　（７）の表面部
は無機質の窒化物層のため、高抵抗を示し、したがって
アークＡの足は接点（２０２）　　、　　（３０２）以
外に形成されることがなく、ｔＣ窒化物層と母材の鋼は
耐熱性が高いので、アークムにさらされる圧力反射体（
ａ）　、　（７）には有利である。また、圧力反射体（
６）　、　（７）の母材は鋼であるため、熱伝導がよく
、圧力反射体（６）　、　（７）の表面の熱がすばやく
導体（２０１）　、　（３０１）内部に伝わシ、圧力反
射体（６）　、　（７）の表面の温度上昇による消耗が
少なく抑えられる。また、母材の鋼の抵抗温度係数が大
きく、アークＡにさらされると、その抵抗値は増大する
。したがって、表面の窒化物層が破れた場合でも、アー
クムの足は接点（２０２）　　、　　（３０２）以外に
は形成されない。また、アークＡにさらされても窒化物
層から接点（２０２）、　　（３０２）に有害なガスの
発生がなく、接点Ｃ０２）、　　（３０２）表面への影
響（腐食）がない。また、表面の窒化物層は母材への窒
素の拡散により生成されたもので、母材との密着性がよ
く、シたがって圧力反射体（６）　、　（７）は熱衝撃
によく耐える。また、母材の鋼は磁性を有しており、し
たがってアークＡを排出口（１０１）側に駆動する磁束
を強め、あるいは磁気シールド効果をもって不用な磁束
を抑えることができる。また、母材の鋼は型抜性１曲げ
性がよく、容易に圧力反射体（ｅ）　、　（７）を得る
ことができる。また、母材の鋼は強度が強く、かしめあ
るい社ねじで取り付けた場合、その取り付は強度が強く
、信頼性が高い。さらに、圧力反射体（６）。

（７）により、アークＡの足はＹ面へ拡大しにくく、一
般にこのＹ面に設けられている接点（２０２）　　。

（３０２）と導体（２０１）　　、　　（３０１）との
接合部に直接アークＡの足が触れにくくなシ、その結果
、接点（２０２）　　、　　（３０２）の脱落を起こす
危険性もなくなるという有利な点を有している。

第５図（ａ）は接触子（２）　、　（３）の他の実施例
を示す側面図であり、第５図（１））は第５図０に示さ
れた接触子（２）　、　（３）の平面図である。すなわ
ち、圧力反射体（６）　、　（７）の一部には、接点（
２０２）　　、　　（３０２）の一端側藺を基点として
これよシ排出口（１０１）側に遠ざかる方向に導体（２
０１）　　、　　（３０１）の表面が露出するような溝
（６０１）　　、　　（７０１）が設けられている。こ
の構成では、アークムの足が溝（６０１）　　、　　（
７０１）を走シ、アークＡが消弧板（５）に触れて冷却
され、しゃ断性能が向上する。

さらに、第５図のように溝（６０１）　　、　（７０１
）よシ露出した導体表面は、圧力反射体（６）　、　（
７）の表面と同一またはそれ以上に盛り上げることがで
きる。

第６図（−）はその盛り上がり構造をもった接触子（２
）、（３）の実施例を示す側面図であシ、第６図（１）
）は第６図（−）に示された接触子（２）　、　（３）
の平面図である。

すなわち、（８０１）　　、　　（９０１）で示すよう
に、上記溝（６０１）　　、　　（７０１）から露出し
た導体（２０１）　　、　　Ｃ３０１）の表面は、圧力
反射体（６）　、　（７）の表面よシも突出している。

このように構成すると、アークムの足が素早く排出口（
１０１）側へ移動して、しゃ断性能が向上するとともに
、接点（２０２）　　、　　（３０２）の消耗が少なく
なる。

以上の説明かられかるように、この発明によれば、アー
ク電圧を大きく上昇させ、しゃ断時の限光性能の向上を
図るとともに、接点の脱落を防止できる回路しゃ断器を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（−）は一般的表目路しゃ断器を示す一部切欠平
面図、第１図（１））は第１図（＆）のｂ−ｙｂ線断面
図、第２図は第１図の回路しゃ断器における金属粒子の
挙動の模式的説明図、第３図（ａ）はこの発明にかかる
回路しゃ断器の一実施例會示す一部切欠平面図、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）のｂ−’ｂ線断面図、第４図は第
３図の回路しゃ断器における金属粒子の挙動の模式的説
明図、第５図ｅ）は接触子の他の実施例を示す側面図、
第５図（１））は第５図（ａ）に示された接触子の平面
図、第６図（ａ）は接触子の他の実施例を示す側面図、
第６図（１））は第６図（ａ）に示された接触子の平面
図である。 （２）・・・固定接触子、（２０１）・・・固定導体、
（２０２）・・・固定接点、（３）・・・可動接触子、
　　（３０１）・・・可動導体、（３０の・・・可動接
点、（６）　、　（７）・・・圧力反射体、（６ＯＮ）
（７０１）・・・溝 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人葛野信−（外１名） 男１図 （ａ） （ｂ） ５２図 ＼ 第３−１ （ｂ） （ｂ） ＠６図 （ｂ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体とこれに固着された接点とからなる１対の接
   触子について、上記各接点の外周を取り囲むように上記
   各導体に圧力反射体を設け、かつ、上記圧力反射体の少
   なくとも一方を、表面に窒化物層を生成させ丸鋼で構成
   したことを特徴とする回路しゃ断器。
2. （２）少なくとも一方の圧力反射体ｖｅ’、接点の一端
   側面を基点としてこれよシ遠ざかる方向に導体の表面が
   露出するような溝を設けた特許請求の範囲第１項記載の
   回路しゃ断器・
3. （３）露出した導体表面を圧力反射体の表面と同一また
   はそれ以上に盛り上げてなる特許請求の範囲第２項記載
   の回路しゃ断器。