JPS62122016A - 限流遮断器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は消弧板を備えた気中高圧限流遮断器に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第３図は従来の気中高圧限流遮断器の平面図、第４図は
第３図のＡ−Ａ　’線に沿う正断面図、第５図は第４図
のＢ−Ｂ　’線に沿う側断面図である。

それらの構成は次のとおりである。

固定電極Ｉと可動電極２のそれぞれの上部にアークラン
ナー電極（以下「ランナー電極」という）３および４を
平行して設け、これらのランナー電極３，４の中間に中
間電極１０を配設している。この中間電極１０とどちら
か一方のランナー電極（第３図ではランナー電極３）と
の間に限流用抵抗素子（ヒユーズでも良い）１１が接続
されている。ランナー電極３．４や中間電極１０には突
出部３′。

４’、１０’を設けており、これらの突出部は固定電極
１や可動電極２の近傍では広＜ｇｌ（第５図）、ランナ
ー電極や中間電極の先端部に行くに従って狭りｇ２（第
５図）になるように形成されている。

消弧板６は突出部３′と１０′および１０’と４′の双
方の両面より挟むように取り付けられ、この消弧板６と
突出部３′と１０′および１０’と４′により、細隙部
が電極近傍での幅は広＜（ｇ＋）、ランナー電極３．４
や中間電極１０の先端部では狭く（ｇ２）形成されてい
る。この狭い細隙ｇ、の開口部が放出口９となっている
。

以上の構成で、放出口９以外の固定電極１、可動電極２
、ランナー電極３，４、中間電極１０及び消弧板６を絶
縁性の容器７で覆うことにより、固定電極１と可動電極
２間の空間や前記細隙部空間が昇圧室Ｃとして形成され
ている。この昇圧室Ｃからの流体通路は放出口９を経て
大気中りである。

なお、可動側の可動電極２とランナー電極４は電気的に
集電子５により接続されると共に、昇圧室Ｃと大気中り
の間のシール効果も果している。

次に動作を説明する。

通常の通電状態では、固定電極１と可動電極２は接触状
態にある（もっとも第４図では、開極状態を表している
）。

過電流が発生すると、図示しない外部機構により可動電
極２が開極し、固定電極ｌと可動電極２の間にアークが
発生する。このアークは可動電極２の開極２の開極動作
とともに引き伸ばされ、弧状となり、ついにはランナー
電極３．４の突出部３′と４′及び中間電極１０に移行
する。

この中間電極１０に接触したアークは、中間電極１０上
に電極点を形成し、分断される。このときの電流通路は
、 固定電極１−固定側ランナー電極３−突出部３′→アー
ク８−中間電極突出部１〇−中間電極１〇−突出部１０
′−アーク８′−可動側ランナー電極突出部４′−可動
側ランナー電極４−集電子５−可動電極２ となり、その通路の形状が凸字状で、ランナー電極３，
４を流れる電流が発生する磁界が、アーク電流に直角方
向に作用し、フレミングの左手の法則により、アークは
第５図における上方の、より狭い細隙部へ向かって移行
する電磁力を受ける。

ところで、本装置では電流通路からくる電磁力で述べて
いるが、外部にコイルを設けて、アークに対して直角に
鎖交するような磁界が加わる構造でも良い。

そして前記電磁力により、アークは細隙空間をより狭い
細隙部へ向かって移行する。アークの直径と同一の幅の
細隙部に来ると、アークが昇圧室Ｃを完全に密封するの
で、昇圧室内の圧力がアーク熱による気体の膨張や消弧
板の熔融気化により急速に上昇する。

この電磁力や昇圧室Ｃの圧力により、アークはより狭い
細隙空間に強制的に押し込まれる。限流部消弧室のアー
ク抵抗は急速に増大し、限流抵抗１１の抵抗値以上にな
ると第５図の転流アーク８は消滅し、電流は限流抵抗ｌ
ｌに流れ出す。このときの電流通路は、固定電極１−固
定側ランナー電極３−限流抵抗１１・・・中間電極１０
−中間電極突出部１０’−アーク８′−可動側ランナー
電極突出部４′−可動側ランナー電極４−集電子５−可
動電極２となる。すなわち、回路に限流抵抗１１が挿入
された状態となり、回路電流は著しく限流される。

次に、この限流された状態での断路部消弧室のアーク８
′は、交流電流の零点で遮断される。もっとも、直流電
流では細隙遮断性能の条件下で遮断される。

そして以上の限流遮断器の消弧板６として、本発明者ら
は窒素珪素、および窒素珪素とアルミナの複合体サイア
ロン（登録商標）を使用してきた。

このセラミックスを採用した理由は第１表に示すように
耐熱衝撃性、機械的強度、電気絶縁性の点で、最もすぐ
れているからである。この第１表中耐熱衝撃特性とはセ
ラミックス材料を高温に加熱して水中に投下させそのサ
ンプルの曲げ試験を行い、強度が低下しているところの
セラミックス加２！温度を指す。したがってこの温度が
高いもの程、耐熱的強度が大きいものであるといえる。

第１表 本発明者らの実験によるとアルミナセラミックスは厚さ
８ｆｌの消弧板をもってしても低電流域アーク遮断にお
いて限流部、遮断部において割れを生じた。ジルコニア
セラミックスは限流部、遮断部において表面のアークに
よる溶融が著しく、特に限流部では溶融飛散物が細隙を
埋める結果となり、アーク抵抗が上昇せず限流抵抗素子
１１に転流しないという結果になった。他方耐熱衝撃特
性が高くアークの熱でも破壊しにくい窒素珪素、窒素珪
素とアルミナの複合材のサイアロンセラミックスでは限
流部、断路部においてアークによる変色はあるものの損
傷はなかった。

しかしながら遮断電流が大きな領域においては断路部の
窒素珪素セラミックス表面にアーク熱によってアークの
方向と直交する方向に皺のような凹凸面を発生した。

さらにアーク痕跡として表面にあられれた凹凸面をＸ線
回折装置にて分析した結果、窒素珪素セラミックスの主
成分であるβ−５ｉｚＮａの他にＳｉ単位が析出してお
り、それらのアーク痕跡には導電性のある部分がみられ
た。このことはサイアロンセラミックスにおいても同様
の現象が起きた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなことから短絡遮断を繰り返すに従い、これら
セラミックスの表面は絶縁性能が極度に低下し、断路部
において短絡電流を切ることができなくなり、再発弧現
象が現れるという問題が起こった。また限流部はアーク
の接した部分のみが変色するのみで断路部のような皺状
の凹凸面が発生することはなく、絶縁も低下しなかった
。これは限流部消弧板の細隙に挿入されたアークは、よ
り狭い細隙に行くに従ってアーク抵抗は高まり限流抵抗
素子より大きい値になるとアークは抵抗素子に即座に転
流されて、細隙内のアークは消滅し、そしてアークが一
定の部位で膠着しないためである。しかし、断路部アー
クは細隙内でアークが膠着する為、その損傷が著しくな
ると思われ°る。

このようなことから、細隙限流装置の大容量化（大電流
化、高電圧化）や、ひいては実用化の最大の難関となっ
ていた。

〔問題点を解決するための手段〕　　′本発明では、上
記問題点を解決するため、従来の細隙限流遮断器の中間
ランナー電極を狭む断路部アークとして消弧性能が優れ
かつ短絡電流アーク熱による割れや絶縁低下のない石綿
・アルミナ燐酸複合セラミックスにてなる消弧板を設面
するようにしたものである。

〔作用〕

上記構成とすることにより、転流部では限流性能を向上
させ２、断路部では消弧性能を向上させ〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。即
ち、本発明では、第１図に示すように、断路部アーク１
６を消弧性能の優れた石綿・アルミナ燐酸複合セラミッ
クス製、例えばアルホタイト（登録商標）セラミックス
製、としたもので、転流部消弧板６は限流性能の優れた
窒化物系セラミックス製とした。その他の構成および動
作は従来どおりである。

第２表は、各セラミックスの限流性能と消弧性能とをあ
られしたものである。ここで、限流性能とは短絡電流が
遮断器に流れた場合で、セラミックスの細隙にアーク挿
入されて流れた電流の自乗の時間積分値であられす。そ
の１例を第２図に示す。この図では、横軸に時間軸をと
り、縦軸にアーク電流、電圧をとって示している。また
消弧性能は交流遮断器において電流零点を迎えてから後
に流れる残留電流の大きさで比較している。

第２表 この表より限流性能は、窒素珪素〉アルミナ〉ジルコニ
ア〉アルホタイトとなっている。一方消弧性能はジルコ
ニアが悪くその他３種類についてはほぼ同等である。

従って、アルホタイトセラミックスは断路部として使用
することで窒素珪素およびサイアロンなどのようにアー
ク熱による絶縁低下をすることなく、また、石綿など繊
維状のものとの複合材のため熱衝撃に強くアルミナセラ
ミックスのように割れる心配もなくジルコニアのように
残留電流が大きくない。従って繰り返し使用回数が多く
できる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、限流部と断路部を備え
る細隙限流転流形遮断器の断路部にアルホタイトセラミ
ックス消弧材を使用することで従来の窒化珪素あるいは
サイアロンセラミックスのようなアークによる表面の融
状の導電性のある凹凸がなくなり、絶縁低下を招いて短
路遮断電流の再発弧をなくし、短路遮断の繰り返し回数
の多い、また細隙限流装置の大容量化を図ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る限流遮断器の正断面図、第２図は
アーク遮断時のアーク電流と電圧の関係を示すグラフ、
第３図は従来の限流遮断器の平面図、第４図は第３図の
Ａ−Ａ　’線に沿う正断面図、第５図は第４図のＢ−Ｂ
’線に沿う側断面図である。 ｌ：固定電極 ２；可動電極 ３：固定側アークランナー電極 ４：可動側アークランナー電極 ５：集電子 ６：消弧板 ７：容器 ８：アーク ９：放出口 ｌＯ：中間電極 １１：限流抵抗素子 １６：消弧板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、開離可能な固定電極と可動電極を配置し、それぞれ
   の電極上にアークランナー電極を平行して設け、このア
   ークランナー電極を挟むように一対の消弧板を電極部よ
   りアークランナー電極の先端部へ次第に狭くなるような
   細隙部を形成し、このアークランナー電極と消弧板の先
   端部の細隙の最も狭い細隙部を放出口とし、この放出口
   を除く固定電極、可動電極、アークランナー電極および
   消弧板を絶縁性の容器で覆うことにより、電極部空間お
   よび細隙部空間をアーク熱による気体の昇圧室とし、細
   隙部空間をアーク熱による気体の昇圧室とし、細隙空間
   をアーク熱で閉塞させる限流装置において、 前記一対のアークランナー電極の中間に中間電極を設け
   て、この中間電極と固定電極側のアークランナー電極と
   の間に限流性能のすぐれた窒化物系セラミックス消弧板
   を設け、さらにこれら電極間に限流抵抗素子を接続して
   この限流抵抗素子接続部を転流部とし、中間電極と可動
   電極側アークランナー電極間に消弧性能のすぐれた石綿
   ・アルミナオルソ燐酸系セラミックス消弧板を設けて断
   路部としたことを特徴とする限流遮断器。