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技術 回路遮断器

出願人 三菱電機株式会社
発明者 中川淳小樋悠太三好伸郎伏見征浩山県伸示小倉健太郎渡邉真也相良雄大
出願日 2013年6月11日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2013-122955
公開日 2014年12月25日 (6年8ヶ月経過) 公開番号 2014-241221
状態 未査定
技術分野 開閉器の消弧装置 ブレーカ
主要キーワード 気圧上昇 低電圧配線 周囲ガス 三相回路 アークエネルギー 電磁反発力 高温高圧ガス グリッド内
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年12月25日)のものです。
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図面 (8)

課題

単相遮断部が複数並置された回路遮断器において、グリッド進入したアークが相間のアーク同士の相互作用によって離脱することを防ぐとともに、アーク自身の電磁力による離脱を防ぐことを目的とする。

解決手段

固定接点を備えた固定接触子と、固定接点に対して電気的に開極および閉極する可動接点を備えた可動接触子と、固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを消弧するグリッドと、固定接点および可動接点とグリッドとの間に備えられ、固定接点と可動接点との間に発生するアークをグリッドへ移行させる走行導体と、グリッドの前記走行導体と対向する側の反対側に備えられた排気口とを備えた単相遮断部が複数並置されており、単相遮断部のグリッドの両側面、グリッドの排気口に対向する面およびグリッドの走行導体に対向する一部の面を一体に覆う磁性体を配置したものである。

概要

背景

近年、低電圧配線設備大容量化省スペース化進展により、配線用遮断器漏電遮断器などに用いられる回路遮断器に対して外形寸法の小形化が要求されている。小形化における課題の一つとして挙げられる特性として、過電流を低く抑制する限流性能の向上がある。

回路遮断器においては、短絡事故発生などの過電流の遮断時に接点間に発生したアークは、アークで発生した熱による周囲ガス(通常は空気)の気圧上昇やアーク自身の電磁力によりグリッド進入する。グリッドに進入したアークは、グリッドによって分断され、冷却作用によって消弧される。このような回路遮断器においては、接点間に発生したアークをすばやく消弧して電流遮断を行う性能、すなわち限流性能が重要である。そのため回路遮断器においては、グリッドでアークを維持しやすい構造が限流性能を左右する要因の一つとなっている。限流性能向上により短時間でアークエネルギー消費することが可能となり、アーク発生時の回路遮断器を構成する部品への熱的、電磁力的な負担が軽減するため、回路遮断器の小形化が可能となる。

一般に、配線用遮断器や漏電遮断器として用いられる回路遮断器は、三相で構成されている。すなわち、三相の回路遮断器は、固定接点を備えた固定接触子可動接点を備えた可動接触子およびグリッドを1つの組み合わせとする一相の遮断部を並列に3組配置して構成されている。このような三相回路遮断器においては、各相の遮断部でアークが発生した場合、各相のグリッドにアークが進入するタイミングが異なる。そのため、ある相で一度アークがグリッドに進入しても、他の相のグリッドに進入したアークの電磁力の影響(電磁反発力)で、再びグリッド外部に出てしまい、限流性能が低下する場合があった。

このような問題に対して、従来の回路遮断器においては、グリッドの相間に磁性体で構成された第2ヨークを設置する方法が開示されている(特許文献1参照)。

概要

単相遮断部が複数並置された回路遮断器において、グリッドに進入したアークが相間のアーク同士の相互作用によって離脱することを防ぐとともに、アーク自身の電磁力による離脱を防ぐことを目的とする。固定接点を備えた固定接触子と、固定接点に対して電気的に開極および閉極する可動接点を備えた可動接触子と、固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを消弧するグリッドと、固定接点および可動接点とグリッドとの間に備えられ、固定接点と可動接点との間に発生するアークをグリッドへ移行させる走行導体と、グリッドの前記走行導体と対向する側の反対側に備えられた排気口とを備えた単相遮断部が複数並置されており、単相遮断部のグリッドの両側面、グリッドの排気口に対向する面およびグリッドの走行導体に対向する一部の面を一体に覆う磁性体を配置したものである。

目的

この発明は、上述のような課題を解決するためになされもので、単相遮断部が複数並置された回路遮断器において、グリッドに進入したアークが相間のアーク同士の相互作用によって離脱することを防ぐとともに、アーク自身の電磁力による離脱を防ぐことを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

固定接点を備えた固定接触子と、前記固定接点に対して電気的に開極および閉極する可動接点を備えた可動接触子と、前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアーク消弧するグリッドと、前記固定接点および前記可動接点と前記グリッドとの間に備えられ、前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを前記グリッドへ移行させる走行導体と、前記グリッドの前記走行導体と対向する側の反対側に備えられた排気口とを備えた単相遮断部が複数並置された回路遮断器において、前記単相遮断部の前記グリッドの両側面、前記グリッドの前記排気口に対向する面および前記グリッドの前記走行導体に対向する一部の面を一体に覆う磁性体が配置されていることを特徴とする回路遮断器。

請求項2

磁性体の排気口に対向する面には貫通口が備えられていることを特徴とする請求項1に記載の回路遮断器。

請求項3

磁性体のグリッドの両側面に対向する面の外表面が絶縁物で覆われていることを特徴とする請求項1または2に記載の回路遮断器。

請求項4

磁性体は、走行導体の両側面を覆うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の回路遮断器。

技術分野

0001

この発明は、配線用遮断器漏電遮断器として用いられる回路遮断器に関するものである。

背景技術

0002

近年、低電圧配線設備大容量化省スペース化進展により、配線用遮断器や漏電遮断器などに用いられる回路遮断器に対して外形寸法の小形化が要求されている。小形化における課題の一つとして挙げられる特性として、過電流を低く抑制する限流性能の向上がある。

0003

回路遮断器においては、短絡事故発生などの過電流の遮断時に接点間に発生したアークは、アークで発生した熱による周囲ガス(通常は空気)の気圧上昇やアーク自身の電磁力によりグリッド進入する。グリッドに進入したアークは、グリッドによって分断され、冷却作用によって消弧される。このような回路遮断器においては、接点間に発生したアークをすばやく消弧して電流遮断を行う性能、すなわち限流性能が重要である。そのため回路遮断器においては、グリッドでアークを維持しやすい構造が限流性能を左右する要因の一つとなっている。限流性能向上により短時間でアークエネルギー消費することが可能となり、アーク発生時の回路遮断器を構成する部品への熱的、電磁力的な負担が軽減するため、回路遮断器の小形化が可能となる。

0004

一般に、配線用遮断器や漏電遮断器として用いられる回路遮断器は、三相で構成されている。すなわち、三相の回路遮断器は、固定接点を備えた固定接触子可動接点を備えた可動接触子およびグリッドを1つの組み合わせとする一相の遮断部を並列に3組配置して構成されている。このような三相回路遮断器においては、各相の遮断部でアークが発生した場合、各相のグリッドにアークが進入するタイミングが異なる。そのため、ある相で一度アークがグリッドに進入しても、他の相のグリッドに進入したアークの電磁力の影響(電磁反発力)で、再びグリッド外部に出てしまい、限流性能が低下する場合があった。

0005

このような問題に対して、従来の回路遮断器においては、グリッドの相間に磁性体で構成された第2ヨークを設置する方法が開示されている(特許文献1参照)。

先行技術

0006

特開2013−12504号公報(13頁、図11)

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、従来の回路遮断器においては、各相のグリッド内に進入したアーク間の相互作用によるグリッドからのアークの離脱を防ぐことはできるが、各相のグリッド内に進入したアークのアーク自身の電磁力による離脱を防ぐことはできないという問題があった。

0008

この発明は、上述のような課題を解決するためになされもので、単相遮断部が複数並置された回路遮断器において、グリッドに進入したアークが相間のアーク同士の相互作用によって離脱することを防ぐとともに、アーク自身の電磁力による離脱を防ぐことを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

この発明に係る回路遮断器は、
固定接点を備えた固定接触子と、
前記固定接点に対して電気的に開極および閉極する可動接点を備えた可動接触子と、
前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを消弧するグリッドと、
前記固定接点および前記可動接点と前記グリッドとの間に備えられ、前記固定接点と前記可動接点との間に発生するアークを前記グリッドへ移行させる走行導体と、
前記グリッドの前記走行導体と対向する側の反対側に備えられた排気口と
を備えた単相遮断部が複数並置されており、
前記単相遮断部の前記グリッドの両側面、前記グリッドの前記排気口に対向する面および前記グリッドの前記走行導体に対向する一部の面を一体に覆う磁性体を配置したものである。

発明の効果

0010

この発明における回路遮断器においては、単相遮断部の前記グリッドの側面、前記グリッドの前記排気口に対向する面および前記グリッドの前記走行導体に対向する一部の面を一体に覆う磁性体が配置されているので、グリッドに一度進入したアークは、アークを囲うように配置された磁性体に発生するアーク自身の電磁力によりグリッド内に留まることになる。その結果、グリッドに進入したアークが相間のアーク同士の相互作用によって離脱することを防ぐことができるとともに、アーク自身の電磁力による離脱を防ぐことができ、速やかにアークを消弧することができる。

図面の簡単な説明

0011

この発明の実施の形態1における回路遮断器の断面模式図である。
この発明の実施の形態1における回路遮断器の斜視図である。
この発明の実施の形態1における磁性体の斜視図である。
この発明の実施の形態1におけるアークの説明図である。
この発明の実施の形態2における磁性体の斜視図である。
この発明の実施の形態3における磁性体の斜視図である。
この発明の実施の形態3における回路遮断器の断面模式図である。

実施例

0012

実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における回路遮断器の断面模式図である。本実施の形態の回路遮断器は、3つの単相遮断部で構成されており、図1は、その1つの単相遮断部の断面である。図1に示すように、1つの単相遮断部10aは、固定接点1aを備えた固定接触子11aと、固定接点1aに対して電気的に開極および閉極する可動接点2aを備えた可動接触子22aと、固定接点1aと可動接点2aとの間に発生するアークを消弧するグリッド3aと、固定接点1aおよび可動接点2aとグリッド3aとの間に備えられ、アークをグリッド3aへ移行させる走行導体4aと、グリッド3aの走行導体4aと対向する側の反対側に備えられた排気口5aと、開極指令により可動接触子22a固定接触子11aから開離させるコイル6aとを備えている。

0013

固定接点1aおよび可動接点2aは、例えばAgとWあるいはZnOとの焼結体で構成されている。また、グリッド3aは、例えば薄い板厚鉄板を狭いギャップを空けて積層して構成されている。さらに、走行導体4aは、例えば棒状の鉄で構成されている。

0014

図2は、本実施の形態における回路遮断器の斜視図である。図2に示すように本実施の形態における回路遮断器は、絶縁物成型されたベース8の中に図1で示した単相遮断部が3つ並列配置されて構成されている。なお、図2において、各単相遮断部10a、10b、10cは、見易いように固定接触子、可動接触子およびコイルを除いた状態で示している。単相遮断部10aのグリッド3aの周囲は磁性体7aで覆われている。この磁性体7aは、グリッド3aの両側の側面、グリッド3aの排気口5に面した面およびグリッド3aの走行導体4aに面した一部の面を覆うように一体成型されたものである。図2においては、単相遮断部10aに備えられた磁性体7aのみを示しているが、実際には他の2つの単相遮断部10b、10cにもそれぞれ単相遮断部10aに備えられた磁性体7aと同じ磁性体が備えられている。これらの磁性体は、例えば鉄やニッケルなどの強磁性体で構成されている。

0015

図3は、本実施の形態における磁性体7aの模式図である。図3に示すように、磁性体7aはグリッドの両側面を覆う面Aおよび面Bと、排気口に面した面Cと、走行導体に面した面Dとで構成されている。面Aおよび面Bは、グリッドの側面をほぼ全面覆うように構成されている。面Cは、グリッドで発生した高温高圧ガスを排気口へ送るためのスリット状の貫通口9aが形成されている。面Dは、固定接点と前記可動接点との間に発生したアークが走行導体の吸引力でグリッドへ移行されるのを妨げないように、磁性体の上端部を結ぶ狭い面で構成されている。

0016

次に、本実施の形態における回路遮断器の開極動作について説明する。以下の説明は、図1に示した単相遮断部11aにおける開極動作である。

0017

短絡電流が検知されると、開極指令を受けたコイル6aには可動接触子22aを開極させるための電流が流れる。このコイル6aの作動により固定接触子11aと接触していた可動接触子22aが開極する。このとき、固定接触子11aの固定接点1aと可動接触子22aの可動接点2aとの間にアークが発生する。この発生したアークは、電磁力やアークで加熱された気体ガス圧により走行導体4aを経てグリッド3aに進入する。グリッド3aに進入したアークは、グリッド内に留まり、急激に電流および熱を失って消弧に至る。

0018

図4は、本実施の形態におけるグリッド内でのアークの振る舞いを示した説明図である。図4において、説明のためグリッドの周りを囲む磁性体は除いている。本実施の形態の回路遮断器は、3つの単相遮断部で構成された3相の回路遮断器であり、隣り合う単相遮断部に流れる電流の位相が異なるため、例えば図4に示したように、単相遮断部10aに発生するアーク電流の向きが矢印20aで示した方向であった場合、隣接する単相遮断部に発生するアーク電流の向きは矢印20bで示した方向となる。つまり、隣接する単相遮断部のグリッド内でのアーク電流の向きは互いに逆方向となる。この場合、本実施の形態のように、グリッドの周囲が磁性体で覆われていない場合、隣接する単相遮断部のグリッド内のアークには、図4に示した矢印21aおよび21bの方向に電磁力が作用し、一旦グリッド内に進入したアークが再びグリッドから離脱する場合がある。

0019

本実施の形態のようにグリッドの周囲を磁性体で覆うことにより、アークから発生する磁束は磁性体を通るようになり、隣接する単相遮断部のグリッド内のアーク同士に働く電磁力を弱めることができる。つまり、図4に示した矢印21aおよび21bの方向に作用する電磁力が低下し、一旦グリッド内に進入したアークが再びグリッドから離脱することを防ぐことができる。

0020

また、本実施の形態のようにグリッドの周囲を磁性体で覆うことにより、走行導体によってアークがグリッドへ移行されたときに磁性体にアークを周回する磁束が発生し、アークがグリッドに入り易くなるとともに、一旦グリッドに進入したアークのアーク自身の電磁力による離脱を防ぐことができる。

0021

上述のように、本実施の形態の回路遮断器においては、グリッドの周囲を磁性体で覆っているので、隣接する単相遮断部間の相互作用によるグリッドからのアークの離脱および一旦グリッドに進入したアークのアーク自身の電磁力による離脱を防ぐことができるので、限流性能が向上する。

0022

なお、本実施の形態においては、グリッドの周囲を覆う磁性体を3つの単相遮断部の全てに備える例を示したが、1つの単相遮断部のみに備えてもよい。例えば、3相の回路遮断器の場合、中央の単相遮断部のみに磁性体を備えた構成としても、両側の単相遮断部と中央の単相遮断部との相互作用を防ぐ効果がある。

0023

また、本実施の形態においては、図3に示したように、磁性体の走行導体に面した面Dを磁性体の上端部を結ぶ狭い面としたが、走行導体の吸引力でアークがグリッドへ移行されるのを妨げなければよいので、磁性体の下端部を結ぶ狭い面としてもよい。例えば、図4に示したように、アークの電流の向きに応じて、面Dを磁性体の上端部または下端部の一方を結ぶ面としてもよいし、上端部および下端部をそれぞれ結ぶ2つの面としてもよい。

0024

実施の形態2.
図5は、実施の形態2における磁性体7aの模式図である。図5に示すように、本実施の形態の磁性体7aは、実施の形態1の磁性体と同様にグリッドの両側面を覆う面Aおよび面Bと、排気口に面した面Cと、走行導体に面した面Dとで構成されている。面Aおよび面Bは、グリッドの側面をほぼ全面覆うように構成されている。面Cは、グリッドで発生した高温高圧ガスを排気口へ送るためのスリット状の貫通口9aが形成されている。面Dは、固定接点と前記可動接点との間に発生したアークが走行導体の吸引力でグリッドへ移行されるのを妨げないように、磁性体の上端部を結ぶ狭い面で構成されている。さらに、本実施の形態の磁性体7aは、グリッドの両側面を覆う面Aおよび面Bの外側に絶縁部材8aが配置されている。絶縁部材8aは、例えばナイロン樹脂ポリアセタール樹脂などで構成されている。

0025

本実施の形態における回路遮断器は、図3に示す磁性体を用いた以外は、実施の形態1と同様な構成である。

0026

このように構成された回路遮断器においては、グリッドの周囲を磁性体で覆っているので、隣接する単相遮断部間の相互作用によるグリッドからのアークの離脱および一旦グリッドに進入したアークのアーク自身の電磁力による離脱を防ぐことができるので、限流性能が向上する。

0027

さらに、磁性体のグリッドの側面に対向する面の外側に絶縁部材を配置しているので、隣接する単相遮断部間のグリッド同士で短絡が発生することを防ぐことができるので、隣接する単相遮断部間の相互作用をさらに抑制することができる。

0028

なお、本実施の形態においては、磁性体の側面に別部材として絶縁部材を配置したが、絶縁物で成型されたベースが磁性体の側面を覆うように構成し、ベースで絶縁部材を構成してもよい。

0029

なお、本実施の形態においては、グリッドの周囲を覆う磁性体を3つの単相遮断部の全てに備える例を示したが、1つの単相遮断部のみに備えてもよい。例えば、3相の回路遮断器の場合、中央の単相遮断部のみに磁性体を備えた構成としても、両側の単相遮断部と中央の単相遮断部との相互作用を防ぐ効果がある。

0030

また、本実施の形態においては、磁性体のグリッドの側面に対向する面の外側のみに絶縁部材を配置したが、磁性体の排気口に面した面(図5における面C)の内側に絶縁部材を配置してもよい。このように構成すると、アークの熱により溶けたグリッド(金属の粒子)が貫通口に付着した場合でもグリッドと磁性体とが短絡することがないので、複数回遮断しても遮断性能の低下の恐れがない。

0031

また、本実施の形態においては、磁性体のグリッドの側面に対向する面の外側のみに絶縁部材を配置したが、磁性体全体を絶縁部材で覆ってもよい。この場合、磁性体とは別部材として絶縁部材を配置するのではなく、例えばスプレー塗布法ディップ法などを用いて、磁性体の外表面全体に絶縁部材を付着させてもよい。

0032

実施の形態3.
図6は、実施の形態3における磁性体7aの模式図である。図6に示すように、本実施の形態の磁性体7aは、実施の形態1の磁性体と同様にグリッドの両側面を覆う面Aおよび面Bと、排気口に面した面Cと、走行導体に面した面Dとで構成されている。面Aおよび面Bは、グリッドの両側面をほぼ全面覆うとともに、走行導体の両側面を覆うように構成されている。

0033

図7は、本実施の形態における回路遮断器の断面模式図である。図7において、磁性体7aと他の構成部品との位置関係がわかるように磁性体7aを透過図として示している。図7に示すように、本実施の形態における磁性体7aは、グリッド3aの両側面と走行導体4aの両側面とを覆うように構成されている。本実施の形態における回路遮断器は、図6に示す磁性体を用いた以外は、実施の形態1と同様な構成である。

0034

このように構成された回路遮断器においては、グリッドの周囲を磁性体で覆っているので、隣接する単相遮断部間の相互作用によるグリッドからのアークの離脱および一旦グリッドに進入したアークのアーク自身の電磁力による離脱を防ぐことができるので、限流性能が向上する。

0035

さらに、走行導体の両側面も磁性体で覆っているので、アークがグリッドに入るまでの時間が短縮される。

0036

なお、本実施の形態においては、グリッドの周囲を覆う磁性体を3つの単相遮断部の全てに備える例を示したが、1つの単相遮断部のみに備えてもよい。例えば、3相の回路遮断器の場合、中央の単相遮断部のみに磁性体を備えた構成としても、両側の単相遮断部と中央の単相遮断部との相互作用を防ぐ効果がある。

0037

また、実施の形態2と同様に、磁性体7aのグリッドの両側面および走行導体の両側面を覆う面Aおよび面Bの外側に絶縁部材8aを配置してもよい。さらには、磁性体の側面に別部材として絶縁部材を配置する替わりに、絶縁物で成型されたベースが磁性体の側面を覆うように構成し、ベースで絶縁部材を構成してもよい。さらには、磁性体の外表面全体を絶縁部材で被覆してもよい。

0038

1a固定接点、 2a可動接点、 3aグリッド、 4a走行導体、 5a排気口、 6aコイル、 7a磁性体、 8ベース、 8a絶縁体、 9a 貫通口、 10a、10b、10c単相遮断部、11a固定接触子、 22a 可動接触子

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