JP2005158751A

JP2005158751A - 回路遮断器

Info

Publication number: JP2005158751A
Application number: JP2004342081A
Authority: JP
Inventors: Sang Won Hwang; サン−ウォンフワン
Original assignee: LG Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2005-06-16
Also published as: KR100542880B1; CN1333419C; CN1622250A; KR20050051000A

Abstract

【課題】回路遮断器のサイズをコンパクトに維持しながらも、アークの消弧動作時に発生するアークガスをケースの外部に迅速に排出することにより、短絡遮断性能を向上させることができる回路遮断器を提供する。
【解決手段】本回路遮断器は、ケース110と、固定接触子138と可動接触子137との接触又は分離によって回路を開閉する開閉ユニット130と、固定及び可動接触子に隣接するように複数個が積層設置されるアークグリッド142と、アークグリッドに隣接するように設置され、ケース上部に第１排気口151を備えてアークガスを排気するための第１アークバリア152と、固定及び可動接触子に隣接するように、ケース下部に形成される開口に設置され、アークガスを排出するための第２排気口161を備える第２アークバリア160と、アークが発生した時にだけ第２排気口を開放して、第２排気口を通してのケース内部への埃の侵入を防止するドア170と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路遮断器に関し、特に、コンパクトなサイズを維持しながらも、アーク消弧性能を向上させることができるモールドケース回路遮断器（ＭｏｕｌｄＣａｓｅｄＣｉｒｃｕｉｔＢｒｅａｋｅｒ）に関する。

回路遮断器は、負荷のオン/オフ機能と、過負荷、短絡、及び地絡などの事故電流発生時の線路遮断機能とを有する電気装置であって、短絡電流発生時に回路を效果的に遮断する短絡遮断性能が最も主な機能といえる。

短絡遮断性能の検証は、通常、１００Ａ定格電流の回路遮断器の場合、約２５倍〜１００倍の電流である２,５００〜１０,０００Ａの過電流を２回遮断させる試験を通して行われる。

回路遮断器の短絡遮断性能を向上させるための条件としては、過電流のような異常電流を遮断する瞬間、即ち、可動接触子が電源部側に連結された固定接触子（電源側固定接触子とも呼ばれる）から離れる瞬間に発生する高温のアーク及び高圧のアークガスを效果的に抑制、消滅または排出させる消弧能力、可動接触子が固定接触子から離れる瞬間から放電ギャップが無くなるまでの時間を最小化してアークを最大限迅速に消滅させる迅速性、並びに、可動接触子が固定接触子から離れる瞬間に発生する高熱、圧力及び衝撃から十分に耐える回路遮断器の耐久性などが要求されている。

最近、分電盤が小型化することにより、その分電盤に内蔵される回路遮断器も小型化しているが、このように、回路遮断器の内部空間が次第に小さくなっているにもかかわらず、固定接触子に連結される負荷器の容量は増大しており、このために、同サイズの回路遮断器により高い短絡遮断性能を得ることが要求されている。

回路遮断器の構造は、大きくは、検出ユニット、開閉ユニット及び消弧ユニットから構成される。

前記検出ユニットは、異常電流を感知して前記開閉ユニットを作動させ、前記開閉ユニットは、前記検出ユニットにより作動されて前記可動接触子を動かして線路を遮断するか、または手動で前記可動接触子を動かして線路をオン/オフさせ、前記消弧ユニットは、異常電流発生時に電源側固定接触子の接点から発生するアーク及び高圧のアークガスを消滅及び排出させる。

且つ、回路遮断器においては、分電盤及び配電盤に取り付けられた各部品の現在の状態を遠隔地の制御室で監視及び制御できるように付属装置を備えている。

回路遮断器のオン状態とは、可動接触子が電源側固定接触子と負荷側固定接触子とを連結して、線路を連結させている状態であり、回路遮断器のオフ状態とは、人為的に開閉ユニットを作動させて、可動接触子が電源側固定接触子と負荷側固定接触子とを離して、線路を非連結させている状態であり、回路遮断器のトリップ状態とは、検出ユニットで異常電流を感知して自動で開閉ユニットを作動させて、可動接触子が電源側固定接触子と負荷側固定接触子とを遮断する状態である。

図７は従来の回路遮断器の構造を示す斜視図であり、図８は従来の回路遮断器を示す平面図であり、図９は図８のＩ−Ｉ縦断面図であり、図９（Ａ）は回路遮断器のオン状態を、図９（Ｂ）は回路遮断器のオフ状態をそれぞれ示している。

図面に示すように、従来の回路遮断器１は、本体２の内部に、過電流を感知する検出ユニット３と、前記検出ユニット３により又は手動操作により、可動接触子４が電源側固定接触子５と負荷側固定接触子６とを選択的に遮断させるようにする開閉ユニット７と、異常電流発生時に電源側固定接触子５の接点５ａから発生するアーク及び高圧のアークガスを消滅及び排出させる消弧ユニット８と、を備える。

前記検出ユニット３においては、ＯＤＰ（ＯｉｌＤａｓｈＰｏｒｔ）シリンダ９の外周面に、トリップコイル１０が巻線されている。前記開閉ユニット７においては、前記本体２の内部に、前記ＯＤＰシリンダ９を支持するヨーク１１が鉛直に設置され、前記ヨーク１１の上部には、アーマチュア１２が回動部１２ａを中心に回動自在に設置され、前記アーマチュア１２は、回動しながらトリップバー１３を押圧するように構成されている。前記トリップバー１３には、リンク部１４が拘束されており、前記リンク部１４の上部には、ハンドル１５がヒンジ１５ａを中心に回転自在に設置されている。前記リンク部１４の側面には、前記リンク部１４の昇下降移動をガイドするクレードル１６が設置され、前記リンク部１４の下部には、クロスバー１７が鉛直に移動自在に設置され、前記クロスバー１７の下部には、前記可動接触子４が電源側固定接触子５と負荷側固定接触子６とを連結しており、前記本体２の底面には、前記可動接触子４を上方に押圧するバネ１８が設置されている。

前記消弧ユニット８においては、消弧室８ａの内部に、電源側固定接触子５の接点５ａと可動接触子４の接点４ａとが位置されており、前記消弧室８ａには、複数の消弧器８ｂが設置されている。また、前記本体２の上部には、アークガスを排出するための複数の排気孔２ａが形成されている。

未説明符号Ｓ１は電源側端子を固定する電源側固定スクリューを、Ｓ２は負荷側端子を固定する負荷側固定スクリューを示すものである。

このように構成された従来の回路遮断器１においては、図９（Ａ）に示すように、線路上に正常電流が流れる場合、電源側固定接触子５と負荷側固定接触子６との間を可動接触子４が連結して、電流が電源側固定接触子５から負荷側固定接触子６側に流れるようになる。

しかしながら、線路上に異常電流が流れて回路遮断器１がトリップ状態となると、図９（Ｂ）に示すように、電源側固定接触子５と負荷側固定接触子６との間を可動接触子４が遮断し、電流が電源側固定接触子５から負荷側固定接触子６側に流れなくなる。

即ち、線路上に異常電流が流れると、検出ユニット３が異常電流を感知して前記開閉ユニット７を自動で作動させる。

前記開閉ユニット７及びバネ１８の作動により、前記可動接触子４が前記電源側固定接触子５と負荷側固定接触子６とを遮断させる。

前記可動接触子４の接点４ａが前記電源側固定接触子５の接点５ａから離間し始めて、各接点４ａ、５ａが所定距離だけ離れるようになるとき、電源側固定接触子５の接点５ａから発生したアークは、消弧ユニット８により消滅する。このとき発生するアークガスは、排気孔２ａを通して本体２の外部に排出される。

現在、回路遮断器の小型化傾向により、回路遮断器の本体２におけるアーク消弧ユニット８を設置できる空間が制限される。そこで、従来の回路遮断器においては、アークの消弧ユニットの水平設置長さを小さくするために、アークグリッド（ＡＲＣＧＲＩＤ）、アークバリア及びアーク排気口の配置を短い水平長さ内で垂直方向に積層配置する構造を有するようになった。

従って、このような従来の回路遮断器においては、本体内部の下部に位置する固定接触子と可動接触子との分離時に発生するアークガスを、本体２の上部側に誘導して排出する構造を有するために、排気口はアークが発生する本体２の下部位置から遠く離れており、アークガスを迅速に排出できないという問題点があった。

また、アークガスを回路遮断器の外部に迅速に排出するために排気孔のサイズを拡大する場合には、回路遮断器の内部に埃及び異質物などが侵入して回路遮断器の性能が低下するために、従来の回路遮断器においては排気孔の設計に大きな制約を受ける。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、回路遮断器のサイズをコンパクトに維持しながらも、アークの消弧動作時に発生するアークガスをケースの外部に迅速に排出することにより、短絡遮断性能を向上させることができる回路遮断器を提供することを目的とする。

このような本発明の目的は、一つのケースと、前記ケース内に設置され、固定接触子及び可動接触子を備え、前記固定接触子と前記可動接触子との接触または分離によって電源と負荷との間の回路を開閉する開閉ユニットと、前記開閉ユニットの固定接触子及び可動接触子に隣接するように複数個が積層設置されるアークグリッドと、前記アークグリッドの前記固定接触子及び前記可動接触子と対向する面の反対側に隣接するように設置され、アークを阻止すると共に、上部に第１排気口を備えて前記ケースの上側位置からアークガスを排気するための第１アークバリアと、前記開閉ユニットの固定接触子及び可動接触子に隣接するように、前記ケースの下部に形成される開口に設置され、アークガスを排出するための第２排気口を備える第２アークバリアと、アークが発生した時に前記第２アークバリアの第２排気口を開放し、アークの発生がない時に前記第２アークバリアの外側面を閉じて、前記第２排気口を通しての前記ケース内部への埃の侵入を防止するドアと、を具備する本発明による回路遮断器を提供することにより達成することができる。

また、本発明の目的は、発生したアークガスが前記第２アークバリアの第２排気口を通して排気されるようにアークガスを誘導するために、前記第２排気口と連通する連通開口を有する固定接触子をさらに具備する本発明による回路遮断器を提供することにより達成することができる。

また、本発明の目的は、発生するアークガスを、前記固定接触子の連通開口を経由して、前記第２排気口を通して排出されるように誘導するために、前記固定接触子上に設置されるアークランナーをさらに具備する本発明による回路遮断器を提供することにより達成することができる。

本発明による回路遮断器においては、コンパクトな回路遮断器のための既存の消弧及びアークガス排気機器の設置空間を維持しながらも、第２排気機構の作動及び第２排気口１６１を通してアークガスを直線的に誘導して迅速に排出することにより、配線用遮断器のサイズや長さの増加なしにコンパクトな物理的寸法を維持しながらも、遮断性能を向上させることができる。

また、本発明の回路遮断器においては、埃及び異質物がケース１１０の内部に流入しないために、排気口の設計において大きな制約を受けない。

以下、添付の図面を参照して本発明による回路遮断器の好ましい実施形態について説明する。

図１は本発明による回路遮断器の構造を示す斜視図であり、図２は本発明による回路遮断器の第２排気機構示す斜視図であり、図３は本発明による回路遮断器を示す左側面図であり、図４は本発明による回路遮断器を示す平面図であり、図５は図４のII−II縦断面図として、図５（Ａ）は回路遮断器のオン状態を、図５（Ｂ）は回路遮断器のオフ状態を示し、図６は本発明による回路遮断器の電源側固定接触子を示す斜視図である。

図５（Ａ）に示すように、本発明による回路遮断器１００は、ケース１１０の内部に、異常電流を感知する検出ユニット１２０と、可動接触子１３７及び固定接触子１３８を含み、前記検出ユニット１２０により又は操作ハンドルによる手動操作により、前記可動接触子１３７が電源側固定接触子１３８から離れるようにする開閉ユニット１３０と、短絡電流や地絡電流のような事故電流発生時に離間する前記電源側固定接触子１３８の接点１３８ａと前記可動接触子１３７の接点１３７ａとの間で発生するアーク及び高圧のアークガスを消滅及び排出させる消弧ユニット１４０と、を備える。

前記消弧ユニット１４０においては、消弧室１４１の内部に、電源側固定接触子１３８の接点１３８ａ及び可動接触子１３７の接点１３７ａが位置されており、前記消弧室１４１には、複数のアークグリッド１４２が設置されている。

そして、本発明の特徴として、アークガスをケース１１０の外部に迅速に排出させることができるように、前記ケース１１０の上部に設置されるアークガスの第１排気機構の他に、さらに、前記ケース１１０の下部に第２排気機構が備えられる。

図５（Ａ）に示すように、前記第１排気機構は、前記開閉ユニット１３０の固定接触子１３８及び可動接触子１３７に隣接するように複数個が垂直方向に積層設置されるアークグリッド１４２と、前記アークグリッド１４２の前記固定接触子及び可動接触子と対向する面の反対側に隣接するように設置されて、アークを阻止すると共に、上部に第１排気口１５１を備えてアークガスをケース１１０の上側位置から排気するための第１アークバリア１５２と、を有する。

図２及び図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記第２排気機構は、前記開閉ユニット１３０の固定接触子１３８及び可動接触子１３７に隣接するように、前記ケース１１０の下部に形成される開口に設置され、アークガスを排出するための第２排気口１６１を備える第２アークバリア１６０と、アークが発生した時に前記第２アークバリア１６０の第２排気口１６１を開放し、アークの発生がない時には前記第２アークバリア１６０の外側面を閉じて、前記第２排気口１６１を通してのケース１１０内部への埃の侵入を防止するドア１７０と、を有する。

前記ドア１７０は、プラスチックのように弾性のある樹脂材により製作されることが好ましい。

以下、本発明による第２排気機構の構成を、図２を参照してより詳しく説明する。

三相交流用回路遮断器に本発明が適用される場合、図２に示すように、ケース１１０の下側外面には、三つの支持突起１７１が、ドア１７０を支持するために三相に対応して備えられ、その支持突起１７１は、前記第２アークバリア１６０の下部に備えられたホールhを貫通して突出することによって、第２アークバリア１６０も共に支持している。前記支持突起１７１が挿入されるように、前記ドア１７０の下部には支持ホール１７２が形成され、前記ケース１１０の開口部の上部両側面には、一対の支持突起１７３が形成され、前記支持突起１７３が係合するように、前記ドア１７０の上部両側面には相応する支持溝１７４が形成される。前記支持突起１７３と前記支持溝１７４と間の係合維持力は、アーク発生時のアークガス圧より大きくならないようにして、アーク発生時には、アークガス圧によりドア１７０が開放され、アークの発生がない正常電流通電時には、ドア１７０が閉じてケース１１０内への埃の侵入を防止するように調整することができる。

図６に示すように、前記固定接触子１３８は、発生したアークガスが第２アークバリア１６０の第２排気口１６１を通して排気されるようにアークガスを誘導するために、前記第２排気口１６１と連通する連通開口１３８ｂを有する。より詳しくは、前記固定接触子１３８は、ほぼ「Ｕ」字型の電導性を有する、例えば、黄銅からなる金属部材であって、一端部に接点１３８ａが付着される下側水平部１３８ｅと、その下側水平部１３８ｅの他端部から垂直方向に延長し、連通開口１３８ｂを形成するように互いに離隔した二つの垂直柱からなる垂直部１３８ｆと、その垂直部１３８ｆから接点１３８ａが付着された前記下側水平部１３８ｅの一端部側に折曲されて延長される上側水平部１３８ｂと、から構成される。前記上側水平部１３８ｂは、電源側電線が連結される端子としても機能するが、前記上側水平部１３８ｂ上に電源側電線が連結された状態で位置固定するために、前記上側水平部１３８ｂ上には、端子スクリューＳ１と螺合される内周面のあるスクリューホール１３８ｈが設けられる。

事故電流発生時、前記可動接触子１３７の接点１３７ａと固定接触子１３８の接点１３８ａとの間で発生するアーク及びアークガスを、前記固定接触子１３８の連通開口１３８ｂを経由して、前記第２排気口１６１を通して排出されるように誘導するために、前記固定接触子１３８上にはアークランナー１３８ｃが設置される。

未説明符号Ｓ２は、負荷側電線を固定的に連結するための負荷側端子スクリュー、Ｃは、可動接触子と負荷側固定接触子とを連結する金属材のケーブル（シャント（ｓｈｕｎｔ）とも呼ばれる）を示す。

このように構成された本発明による回路遮断器１００においては、線路上に正常電流が流れる場合、電源側固定接触子１３８と負荷側固定接触子１３９との間を可動接触子１３７が連結して、電源側固定接触子１３８から負荷側固定接触子１３９側に電流が流れるようになる。

しかしながら、電源と負荷と間の回路上に短絡電流や地絡電流のような事故電流が流れると、前記検出ユニット１２０がこれを検出して前記開閉ユニット１３０を動作させることにより、開閉ユニット１３０の可動接触子１３７を電源側固定接触子１３８ａから離間させる。従って、電源側固定接触子１３８から負荷側固定接触子１３９側に流れる電流が遮断され、この状態を回路遮断器のトリップ状態という。

即ち、線路上に異常電流が流れると、検出ユニット１２０が異常電流を感知し、前記開閉ユニット１３０を自動で作動させる。

前記開閉ユニット１３０及びバネＥの作動により、前記可動接触子１３７が上昇して、前記電源側固定接触子１３８と負荷側固定接触子１３９と間の電路を遮断させる。

前記可動接触子１３７の接点１３７ａが前記電源側固定接触子１３８の接点１３８ａから離間し、各接点１３７ａ、１３８ａが所定距離だけ離れると、接点１３７ａ、１３８ａから発生したアークは、消弧ユニット１４０により消滅する。即ち、このとき発生するアーク及びアークガスの一部は、第１排気機構の第１排気口１５１を通してケース１１０の外部に排出され、アークガスの残りは、電源側固定接触子１３８の連通開口１３８ｂ及び第２排気機構の第２排気口１６１を通してケース１１０の外部に排出される。前記アークランナー１３８ｃは、初期アークを円滑に誘導する役割をする。

本発明による回路遮断器においては、アークガスを排出するための構成として、既存の第１排気機構の他に、さらに、アーク及びアークガスを直線的に誘導して迅速に排出できる第２排気機構を備えているため、アークガスがケース１１０の外部に迅速に排出される。

また、前記ドア１７０は、アークガスを排出しないときは、前記第２排気機構の第２排気口１６１を閉じているが、アークガスを排出するときは、アークガスの圧力によりケース１１０の外側に曲がりながら前記第２排気機構の第２排気口１６１を開放し、アークガスを排出した後には、元の位置に復帰して第２排気口１６１を再び閉じるようになる。

以上の実施形態では、電源側固定接触子側にのみ本発明による第２排気機構が適用された場合を説明したが、双接点形の可動接触子、並びに、これによって電源及び負荷側固定接触子に隣近して二つの消弧ユニットが設けられる回路遮断器の場合は、第２排気機構は、負荷側固定接触子に隣近するように追加設置することができる。且つ、前記実施形態では、電源側固定接触子１３８にのみ第２排気口１６１と連通する連通開口１３８ｂ及びアークランナー１３８ｃが設けられるものを説明したが、前述のように双接点形の可動接触子、並びに、これによって電源及び負荷側固定接触子に隣近して二つの消弧ユニットが設けられる回路遮断器の場合は、第２排気口１６１と連通する連通開口１３８ｂ及びアークランナー１３８ｃは、負荷側固定接触子１３９上にも設けることができるなど、多様に変形して実施することができる。

本発明による回路遮断器の構造を示す斜視図である。本発明による回路遮断器の第２排気機構を示す斜視図である。本発明による回路遮断器を示す左側面図である。本発明による回路遮断器を示す平面図である。回路遮断器のオン状態を示す図４のII−II縦断面図である。回路遮断器のオフ状態を示す図４のII−II縦断面図である。本発明による回路遮断器の電源側固定接触子を示す斜視図である。従来の回路遮断器の構造を示す斜視図である。図７の従来の回路遮断器の平面図である。回路遮断器のオン状態を示す図８のＩ−Ｉ縦断面図である。回路遮断器のオフ状態を示す図８のＩ−Ｉ縦断面図である。図７の従来の回路遮断器の左側面図である。従来の回路遮断器の電源側固定接触子を示す斜視図である。

符号の説明

１００回路遮断器
１１０ケース
１２０検出ユニット
１３０開閉ユニット
１３７可動接触子
１３７ａ接点
１３８電源側固定接触子
１３９負荷側固定接触子
１４０消弧ユニット
１４１消弧室
１４２アークグリッド
１５０第１排気機構
１５１排気口
１６０第２排気機構
１７０ドア
１７１固定突起
１７２支持ホール
１７３支持突起
１７４支持溝
１３８ｂ連通開口
１３８ｃアークランナー

Claims

一つのケースと、
前記ケース内に設置され、固定接触子及び可動接触子を備え、前記固定接触子と前記可動接触子との接触または分離によって電源と負荷との間の回路を開閉する開閉ユニットと、
前記開閉ユニットの固定接触子及び可動接触子に隣接するように複数個が積層設置されるアークグリッドと、
前記アークグリッドの前記固定接触子及び前記可動接触子と対向する面の反対側に隣接するように設置され、アークを阻止すると共に、上部に第１排気口を備えて前記ケースの上側位置からアークガスを排気するための第１アークバリアと、
前記開閉ユニットの固定接触子及び可動接触子に隣接するように、前記ケースの下部に形成される開口に設置され、アークガスを排出するための第２排気口を備える第２アークバリアと、
アークが発生した時に前記第２アークバリアの第２排気口を開放し、アークの発生がない時に前記第２アークバリアの外側面を閉じて、前記第２排気口を通しての前記ケース内部への埃の侵入を防止するドアと、
を具備することを特徴とする回路遮断器。
前記固定接触子は、発生したアークガスが前記第２アークバリアの第２排気口を通して排気されるようにアークガスを誘導するために、前記第２排気口と連通する連通開口を有することを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
発生するアークガスを、前記固定接触子の連通開口を経由して、前記第２排気口を通して排出されるように誘導するために、前記固定接触子上に設置されるアークランナーをさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
前記ドアは弾性材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。