WO2020241397A1

WO2020241397A1 - 直流遮断器

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Publication number: WO2020241397A1
Application number: PCT/JP2020/019864
Authority: WO
Inventors: 康平松村; 遠矢　将大
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: EP3979292A1; EP3979292B1; EP4187572B1; EP4187572A1; JPWO2020241397A1; EP3979292A4; JP6890732B2

Abstract

固定接点（１）と可動接点（３）との間を開極して直流電流を遮断する遮断機構部（１６）と、絶縁プレート（１３）及び導電性を有する板状のグリッド（１２）を重ね合わせてなる消弧板（１５）を一定間隔で複数枚積層して内部に収納した消弧室（１４）とを備えた直流遮断器であって、消弧板（１５）のいずれかの表面に凸形状の遮蔽部を、消弧板の縁辺を起点として配置することで、グリッド（１２）上からアークが周囲に漏れることがない、高い遮断性能を備える。

Description

直流遮断器

　本願は、消弧板に遮蔽部を有する直流遮断器に関するものである。

　直流遮断器では、固定接点を有する固定子と，固定接点に対して切離自在な可動接点を有する可動子とを備え、接点の開極により電流の遮断を行う。開極に伴って発生するアークは接点から接点近傍に配置されたアークランナ上に移行させ消弧室へ導かれる。
　消弧室内には、絶縁プレートにグリッドが保持されて形成された複数の消弧板が、一定間隔で平行に配置されている。消弧室に進入したアークは消弧板で分断され、直流回路の電源電圧以上のアーク電圧が発生することで事故電流の限流遮断が行われる。

特開昭６１－１９０８２８号公報特開昭６２－８２６１６号公報

　従来の直流遮断器では、消弧室内の消弧板上に進入したアークが、限流遮断中に接点方向に逆流し、再点弧が生じる場合がある。その結果、遮断完了までの長時間化を招き、時には遮断失敗となる場合もある。
　そこで、特許文献１及び特許文献２では、接点と消弧室の消弧板の間に遮蔽部を設けることで、消弧室に進入したアークにより発生したホットガスが接点方向への逆流することを防止し、接点近傍での再点弧を抑制していた。しかし、消弧板に進入し分断されたアークの流動方向の制御は十分ではなく、アークの逆流が生じ、遮断の失敗を引き起こす場合があるという問題があった。

　本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、消弧室の消弧板上にアークの流れを制御する遮蔽部を設け、グリッド上からアークが逆流することがなく、遮断性能の高い直流遮断器を得ることを目的とする。

　本願の直流遮断器は、固定接点と可動接点との間を開極して直流電流を遮断する遮断機構部と、絶縁プレート及び導電性を有する板状のグリッドを重ね合わせてなる消弧板と、消弧板の縁辺を固定接点と可動接点との上部に配置し、消弧板を一定間隔で複数枚積層して内部に収納した消弧室と、を備えた直流遮断器であって、消弧板のいずれかの表面に凸形状の遮蔽部を、消弧板の縁辺を起点として配置したことを特徴とするものである。

　本願の直流遮断器は、遮蔽部を消弧板上に設けることによって、消弧板上からアークが逆流することがなく、高い遮断性能を得ることができる。

実施の形態１に係る直流遮断器の構造を示す断面模式図である。実施の形態１に係る直流遮断器の構造を示す断面模式図である。実施の形態１に係る遮蔽部を形成した消弧板の斜視図である。実施の形態１に係る遮蔽部を形成した消弧板の裏面構造を示す斜視図である。実施の形態１に係る遮蔽部を形成した消弧板の変形例を示す部分斜視図である。実施の形態１に係る消弧室内の構造を示す斜視図である。実施の形態１に係る遮蔽部の効果を示すイメージ図である。実施の形態１に係る直流遮断器の構造を示す断面模式図である。実施の形態１に係る遮蔽部の効果を示すイメージ図である。実施の形態２に係る遮蔽部を形成したアークランナの斜視図である。

　実施の形態の説明及び各図において、同一の符号を付した部分は、同一又は相当する部分を示すものである。

実施の形態１．
　本実施の形態について、図１～図７を主に用いて説明する。図１及び図２は、本実施の形態の直流遮断器１００の概略構造を示す断面模式図で、図１は接点間の閉極状態、図２は開極状態を示している。図３は、直流遮断器１００の消弧室１４に配置された数枚の消弧板１５を抜き出して示した斜視図で、絶縁プレート１３とグリッド１２とで形成された消弧板１５に遮蔽部３０を形成した状態を示している。図４は図３の裏面の構造を示しており、図５はグリッド１２の配置の変更例を示している。
　図６は、消弧室１４の内部の構造を示しており、絶縁プレート１３とグリッド１２とからなり、遮蔽部３０が形成された消弧板１５が積層された構造を示している。図７は、遮蔽部３０によるホットガスの流れを示している。

　図１及び図２は、本実施の形態の直流遮断器１００の断面図で、装置の概略構造を示している。図１及び図２に示した直流遮断器１００のうち、下部分は遮断機構部１６であり、上部分は消弧室１４を示している。
　図１の遮断機構部１６は、接点の閉極状態を示している。可動子４が投入アクチュエータ５によって、図の左方向へ押され、可動子４に取付けられた可動接点３が、固定子２に取付けられた固定接点１と接触した状態であり、上部導体６と下部導体７との間に通電することができる。

　図の上部分の消弧室１４は、固定接点１と可動接点３との上部には空間を有しており、左右に固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１とが配置されている。その上には導電性を有する平板状のグリッド１２と、このグリッド１２を配置して保持するための絶縁プレート１３と、ホットガスの逆流を防止するための線状の凸形状に形成された樹脂製の遮蔽部３０が一体となり、積層して配置されている。
　本実施の形態においては、このグリッド１２と絶縁プレート１３とからなる消弧室１４内の部材を消弧板１５と呼ぶ。また、消弧板１５上に配置された線状の凸形状の部分を遮蔽部３０と呼ぶ。
　図１中では、消弧室１４の中の破線で囲んだ部分が消弧板１５を示している。消弧板１５は、絶縁プレート１３の上面にグリッド１２が取り付けられており、絶縁プレート１３には、さらに消弧板１５の縁辺を起点として遮蔽部３０が形成されている。
　この絶縁プレート１３上の遮蔽部３０は、絶縁プレート１３と一体として形成することができる。また遮蔽部３０を別部材として形成し、絶縁プレート１３上に取付けて配置することもできる。

　消弧板１５を構成する絶縁プレート１３、グリッド１２と遮蔽部３０の積層順序は一例であり、後述するように絶縁プレート１３とグリッド１２の順序を変えることも可能である。また、本実施の形態では、遮蔽部３０は絶縁プレート１３上に形成されているが、グリッド１２上に形成することができる。
　なお、図１は、閉極状態を示しているため、固定接点１と可動接点３との間に通電されており、アークは生じていない。アークが発生した時の流れは図２等を用いて説明する。

　図２の遮断機構部１６は、開極状態を示している。
　事故電流が遮断機構部１６を流れると、下部導体７に設置された検出器８が検知し、投入アクチュエータ５により可動子４を保持していたラッチ９を解除する。これにより可動接点３を保持していた可動子４が移動し、電流が印加された状態で固定接点１と可動接点３とが開極される。この開極時に固定接点１と可動接点３との間にアーク２０が生じる。なお、開極状態としてアーク２０を生じる段階を発弧と呼び、アーク２０のその他の段階と区別する場合がある。

　接点間に発弧したアーク２０は、固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１との間を移動する。この段階をアーク２１の転流と呼ぶ。その後アーク２１は、固定側アークランナ１０、および可動側アークランナ１１に流れる電流による電磁力、導電性のホットガスの流れの影響により消弧室１４に移動する。この段階はアーク２２の走行と呼ぶ。

　消弧室１４へ走行したアーク２２は、消弧板１５間に進入する。この複数の消弧板１５間に分けられる段階をアーク２３の分断と呼ぶことがある。この分断状態を維持することでアーク電圧が上昇し、回路の電源電圧以上となることで限流遮断が行われる。

　本実施の形態においては図２に示したように、アーク２３の消弧板１５の間からの逆流を防止し、ホットガスによる再点弧を防止するために、消弧板１５の絶縁プレート１３の面に、消弧板１５の縁辺を起点として遮蔽部３０が形成されている。
　以下に、図３～図７を用いて、遮蔽部３０の配置、構造及び機能等を説明する。

　図３は、消弧板１５の絶縁プレート１３に形成された遮蔽部３０の配置及び構造を示す図であり、消弧室１４内に配置された複数の消弧板１５から一部を抜き出して示している。
　図４は、図３の裏面の構造を示しており、図５はグリッド１２の配置を変更した消弧板１５の構造である変更例を示している。
　図６は、消弧室１４の内部に配置された消弧板１５の構造の概略と、一部に固定側アークランナ１０、可動側アークランナ１１等を合わせて示している。
　図６に示すように本実施の形態においては、遮蔽部３０は消弧板１５の絶縁プレート１３に形成され、消弧室１４に設置された場合、図４に示すように遮蔽部３０を形成した面は下を向いて配置されている。

　なお、図３では、説明を容易にするため、遮蔽部３０を形成した絶縁プレート１３の側を上向きとして示している。
　また、消弧板１５は、グリッド１２と絶縁プレート１３とからなり、遮蔽部３０が形成された構造をしているが、図６においては、観察角度の影響で、グリッド１２は観察することができない。

　図３において、絶縁プレート１３は中央に、走行するアーク２２が流れるための四角い開口が形成されており、この開口には、グリッド１２が突出して積層されている。この開口は、図１及び図２に示すように、固定接点１と可動接点３との直上に配置されている。つまり、図２に示したように、固定接点１と可動接点３との開極動作により生じたアーク２０が、固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１の電磁力、ホットガスの流れによって、この開口に流れ込み、消弧板１５間に進入し、消弧板１５上に配置されたグリッド１２により分断される。

　図３に示すように、遮蔽部３０は、線状に配置された凸形状をしており、凸形状の部分の側面を絶縁プレート１３に密着させて取り付けられている。さらに、遮蔽部３０は、消弧板１５の絶縁プレート１３の中央に形成された四角い開口の縁辺を起点として、絶縁プレート１３の外側に向いて、消弧板１５の外周側の縁辺まで、ほぼ放射状に配置されている。
　遮蔽部３０を形成する位置としては、消弧板１５にグリッド１２が配置された領域に形成されることが好ましい。具体的には、消弧板１５にグリッド１２が積層され、そのグリッド１２の面上、又はグリッド１２が形成された面の反対面のグリッド１２の形成位置に対応する位置に形成されることが好ましい。
　さらに、図３に示した消弧板１５の四角い開口にグリッド１２が突出した領域を起点として遮蔽部３０を配置することで、アークの制御効果を高めることができる。
　また、遮蔽部３０の厚みは、消弧板１５を相互に積層して消弧室１４に配置する際に、積層構造に大きな影響を与えないように、グリッド１２及び絶縁プレート１３と同レベルの厚みとなっている。

　消弧板１５の間に分断されたアーク２３が流入した際の、遮蔽部３０の詳細な効果は後述するが、遮蔽部３０は絶縁プレート１３の外側に向いて放射状に配置されているため、ホットガスの拡散に有利である。また、遮蔽部３０は鈍角に折れ、折れ曲がり部分を相互に対向して配置しており、折れ曲がりの凸部分によってホットガスの逆流を防止することができ、再発弧を防止することができる。
　図４は、図３に示した消弧板１５の裏面の構造を示しており、グリッド１２を配置しない消弧板１５の長手方向の中央部分に凸部が形成されている。この凸部だけではアーク２３の制御効果は小さいが、図３に示した遮蔽部３０と合わせて用いることで良好なアーク制御効果が期待できる。
　図５はグリッド１２を絶縁プレート１３と遮蔽部３０の間に配置した変更例である。この配置によっても良好なアーク制御効果を得ることができる。

　図７は消弧板１５間へ走行したアーク２２とホットガスの流れを示している。図７を用いて消弧板１５で分断されたアーク２３に対する遮蔽部３０の効果を説明する。図３と同様に、図７においても説明のために、遮蔽部３０が形成された消弧板１５の絶縁プレート１３の面を上向きとした状態を示している。なお、分断されたアーク２３は、全方位に向けて広がっていくが、消弧板１５の絶縁プレート１３の形状が、中央の四角い開口に対して対称性を有するため、アーク２３の拡散も対称性を有する。そこで説明を容易とするため、一方向に限って説明する。

　固定接点１と可動接点３との開極に伴い発弧したアーク２０は、図７の中央の四角い開口部分へ移動、走行する。固定側アークランナ１０、可動側アークランナ１１を走行したアーク２２は、消弧板１５のグリッド１２の電磁力、ホットガスの流れに影響され、図中のアーク２２の走行を示す白矢印３２に沿って移動し、分断されたアーク２３となる。
　さらに、アーク２３により発生した導電性の高いホットガスは、ホットガスの流れを示す黒矢印３１に示すように、消弧板１５の面に沿って移動し、放射状に拡散する。

　仮に、絶縁プレート１３上に遮蔽部３０が配置されていない場合、拡散したホットガスの一部は横から回り込み、再び消弧板１５の中央方向に移動する可能性があり、その場合、再点弧等を生じる場合も考えられる。しかし、図７に示すように、消弧板１５の絶縁プレート１３上には、鈍角に折れ曲がった線状の凸形状で、折れ曲がり部分を相互に対向させた遮蔽部３０が、中央の開口の縁辺を起点として、消弧板１５の外周側の縁辺まで形成されている。そのため、ホットガスが黒矢印３１に示すように拡散し、横から回り込むホットガスを折れ曲がり部分で受け、消弧板１５の外側へ放射状に拡散させることができる。

　以上より、分断されたアーク２３により生じるホットガスの逆流を防止し、ホットガスを、消弧板１５の外側へ拡散させることができ、消弧室１４の筐体付近まで放出することができる。これにより、アークの再点弧を防止し、直流遮断器１００の遮断特性を向上させることができる。

　本実施の形態１においては、絶縁プレート１３の下面に、絶縁プレート１３と同様の樹脂材料を用いて折れ曲がった形状の遮蔽部３０を形成したが、これに限定するものではなく、別の絶縁材料を用いて線状又は折れ曲がった凸形状の遮蔽部３０を作成し、貼り付け又はねじ止めにより絶縁プレート１３に取り付けても同様の効果を得ることができる。
　また、本実施の形態においては、消弧板１５の絶縁プレート１３の下面に遮蔽部３０を取り付けた構成について述べたが、絶縁プレート１３の上面に線状又は折れ曲がった凸形状の遮蔽部３０に形成しても同様の効果を得ることができる。

　また、本実施の形態１では、絶縁プレート１３に絶縁材料を用いて遮蔽部３０を形成したが、消弧板１５のグリッド１２上に金属材料を用いて線状又は折れ曲がった凸形状の遮蔽部３０を形成し、溶接によりグリッド上に遮蔽部３０の側面を密着して固定することもできる。また、グリッド１２をプレス加工による半抜き加工を行い、遮蔽部３０を形成することもできる。

　さらに、本実施の形態１では、絶縁プレート１３とグリッド１２とからなる消弧板１５を水平に配置した消弧室１４を用いたが、図８に断面図で示した直流遮断器１０１のように、絶縁プレート１３とグリッド１２とからなる消弧板１５を垂直方向に配置した消弧室１４においても、同様に絶縁プレート１３又はグリッド１２に遮蔽部３０を形成することで同様の効果を得ることができる。
　図９は垂直方向に配置した消弧板１５間へ走行したアーク２２とホットガスの流れを示している
　固定接点１と可動接点３との開極に伴い発弧したアーク２０は、図９の中央の開口部分へ移動、走行する。アーク２２は、消弧板１５のグリッド１２の電磁力、ホットガスの流れに影響され、図中のアーク２２の走行を示す白矢印３２に沿って移動し、分断されたアーク２３となる。
　さらに、アーク２３により発生した導電性の高いホットガスは、ホットガスの流れを示す黒矢印３１に示すように、消弧板１５の面に沿って移動し、放射状に拡散させることができる。

　本実施の形態１においては、折れ曲がり部分を相互に対向して配置した遮蔽部３０を用いた。また１つの消弧板１５に、中央の開口の縁辺を起点として、外周側の縁辺まで延びる遮蔽部３０を４本用いた例を示した。しかし、消弧板１５に形成した遮蔽部３０は、ホットガスを外部に向けて移動させる点が重要であり、折れ曲がった形状及び線状の凸形状に限らず、縦方向と横方向の割合が大きく異なる円柱型、角柱型等であれば用いることができ、必ずしも、外周側の縁辺まで延びる長さは必要ではない。その数も、４本に限定するものではなく、１本以上であれば用いることができる。

実施の形態２．
　実施の形態１においては、消弧室１４内に、絶縁プレート１３とグリッド１２とを重ね合わせた消弧板１５を複数枚配置し、その絶縁プレート１３又はグリッド１２の面に遮蔽部３０を形成した例を示した。
　本実施の形態では、遮蔽部３０を中央の開口の縁辺を起点として形成する点では、基本的に実施の形態１と同じであるが、固定側アークランナ１０及び可動側アークランナ１１の側面に接して遮蔽部３３を形成する点に特徴を有する。

　図１０は、固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１とに接続された、最下段の消弧板１５の斜視図であり、アークランナの下に可動接点３、可動子４及び上部導体６が配置されている状態を示している。
　固定側アークランナ１０と可動側アークランナ１１とは、消弧板１５の表面に各アークランナの一部を突出させて固定されており、折れ曲がった形状の遮蔽部３３が、各アークランナの突出部に遮蔽部３３の先端部分を接続して、かつ絶縁プレート１３の表面に、放射状となるように配置されている。

　可動接点３と固定接点（図示せず）との開極に伴い発弧したアーク２０が、アークランナ間を転流し、図１０に示した最下段の消弧板１５上まで走行したアーク２２は、図７と同様に、グリッド１２の電磁力、ホットガスの流動に伴って、外周方向へ移動し、分断されたアーク２３となる。さらに、アーク２３は、導電性の高いホットガスを発生し、遮蔽部３３に逆流を防止され、消弧板１５の絶縁プレート１３の周辺方向へ放射状に拡散する。

　以上より、分断されたアーク２３により生じるホットガスの逆流を防止し、ホットガスを、消弧板１５の絶縁プレート１３の外側へ拡散させることができ、消弧室１４の筐体付近まで放出することができる。さらに、本実施の形態においては、アークランナの近くは、アーク２２が高速に走行する領域であるため、逆流防止の効果も、顕著に得ることができる。これにより、アークの再点弧を防止し、直流遮断器１００の遮断特性を向上させることができる。

　本実施の形態においては、消弧室１４内の最下段のアークランナと接続した絶縁プレート１３上に遮蔽部３３を形成した例を示したが、これに限定されるものではなく、グリッド１２上に遮蔽部３３を形成しても同様の効果を得ることができる。
　また、遮蔽部３３の設置場所は、アークランナの側面に接する位置に限定されるものではなく、アークランナ周辺であればよく、固定子２及び可動子４を保持する消弧室１４の内壁、遮断器本体を構成するフレーム部に遮蔽部３３を形成しても効果を同様の効果を奏する。

　また、実施の形態１に示した消弧室１４内に配置された消弧板１５上に形成された遮蔽部３０と、本実施の形態に示した最下段の消弧板１５上で、アークランナ側面に接して配置した遮蔽部３３とを、同時に用いることでより、アークの再点弧を防止することができ、直流遮断器１００の遮断特性を向上することができる。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ又は複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、又は様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：固定接点、２：固定子、３：可動接点、４：可動子、５：投入アクチュエータ、６：上部導体、７：下部導体、８：検出器、９：ラッチ、１０：固定側アークランナ、１１：可動側アークランナ、１２：グリッド、１３：絶縁プレート、１４：消弧室、１５：消弧板、１６：遮断機構部、２０～２３：アーク、３０：遮蔽部、３３：遮蔽部、１００，１０１：直流遮断器

Claims

　固定接点と可動接点との間を開極して直流電流を遮断する遮断機構部と、
絶縁プレート及び導電性を有する板状のグリッドを重ね合わせてなる消弧板と、
前記消弧板の縁辺を前記固定接点と前記可動接点との上部に配置し、前記消弧板を一定間隔で複数枚積層して内部に収納した消弧室と、を備えた直流遮断器であって、
前記消弧板のいずれかの表面に凸形状の遮蔽部を、前記消弧板の縁辺を起点として配置したことを特徴とする直流遮断器。
　複数の前記遮蔽部が相互に放射状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
　複数の前記遮蔽部は、前記消弧板上に形成された前記グリッド面上又は前記グリッドが形成された領域に対応する前記消弧板の反対面上に配置されることを特徴とする請求項２に記載の直流遮断器。
　前記遮蔽部に加え、前記消弧板上の前記グリッドが形成されていない領域に凸部が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の直流遮断器。
　前記消弧板が、表面を水平方向に向けて、前記消弧室の内部に収納されていることを特徴とする請求項２に記載の直流遮断器。
　前記消弧板が中央部に開口を有し、
前記開口を形成する前記消弧板の縁辺が前記固定接点と前記可動接点との上部に位置し、
複数の前記遮蔽部は、前記縁辺を起点として相互に放射状に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の直流遮断器。
　複数の前記遮蔽部が折れ曲がった線状であり、折れ曲がり部分が、相互に対向して配置されていることを特徴とする請求項６に記載の直流遮断器。
　前記消弧板が、表面を垂直方向に向けて、前記消弧室の内部に収納されていることを特徴とする請求項２に記載の直流遮断器。
　固定接点と可動接点との間を開極して直流電流を遮断する遮断機構部と、
絶縁プレート及び導電性を有する板状のグリッドを重ね合わせて表面を水平方向に向けた消弧板と、
前記消弧板の中央部に開口を有し、前記開口を形成する縁辺を前記固定接点と前記可動接点との上部に配置して、前記消弧板を一定間隔で複数枚積層して内部に収納した消弧室と、を備えた直流遮断器であって、
最下段の前記消弧板の前記開口から突出して固定された固定側アークランナと可動側アークランナとの側面に、
前記消弧板の表面に凸形状の側面を密着させた遮蔽部が、前記遮蔽部の先端を接して配置されたことを特徴とする直流遮断器。
　前記遮蔽部は、前記絶縁プレートと同じ樹脂製であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の直流遮断器。
前記遮蔽部は、金属製のグリッドを半抜き工程により作成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の直流遮断器。
前記遮蔽部は金属製であり、前記消弧板のいずれかの表面に溶接加工により取り付けられたものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の直流遮断器。
　前記遮蔽部は、前記消弧板のいずれかの表面にネジ止め加工により取り付けられたものであることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の直流遮断器。