JP6680228B2

JP6680228B2 - 直流回路遮断器

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Publication number: JP6680228B2
Application number: JP2017009350A
Authority: JP
Inventors: 智史石倉; 小倉　健太郎; 健太郎小倉; 秀夫信太; 伸郎三好; 聡介内野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: JP2018120660A; CN108346533A; KR20180087100A; KR102005625B1

Description

この発明は、太陽光発電システムのような比較的高電圧の直流電圧が印加される回路に使用される直流回路遮断器に関するものである。

太陽光発電システムにおいては、多数の発電素子を直列に接続して太陽電池ストリングを構成しているため、太陽電池ストリングをインバータ等の機器に接続する部位に設けられる直流回路遮断器には、数百〜１０００Ｖ超の直流高電圧が印加される。この直流高電圧の電流を遮断するために、遮断器の異なる２極を電線で接続し、複数の接点を直列に接続している（例えば、特許文献１参照）。
また、異なる２極を電線で接続するスペースを省くため電線の代わりに銅板などの短絡バーで端子部を接続することが知られているが、一般に銅板などで接続すると、表面積が減少し、放熱量が低下するため、電線接続の場合に比べ端子部の温度が上昇し、直流回路遮断器の引外し特性を満足しなくなる可能性がある。このため、その銅板に放熱フィンを設けることにより表面積を増やし、放熱量の低下を防ぐことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１５−８１１０号公報ＥＰ２６４５４８６Ａ１

従来の直流回路遮断器においては、銅板で配線された場合、電線で端子間を配線するよりも断面積が大きくなることで電気抵抗が小さくなり、短絡時の遮断電流が大きくなるため、遮断が難しくなるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、異なる２極の端子部を銅板のような短絡バーで接続しても限流性能が低下しない直流回路遮断器を得るものである。

この発明に係る直流回路遮断器は、ベースと、このベース上に設けられ、固定接点を有する少なくとも２つの固定接触子と、該固定接点と接触および開離する可動接点を有する可動接触子と、両接点に対応して設けられ、可動接触子の先端側にもけられた消弧板からなる消弧装置と、消弧装置と端子の間に設けられ、遮断時に発生する遮断ガスを排気するための排気孔を有するバリアと、このバリアの端子側に設けられ、通常時は排気孔を塞ぎ、遮断時には排気孔を塞がないバリアカーテンと、端子のうち隣接する２つの端子を接続する短絡バーと、この短絡バーに設けられ、複数のフィンからなるフィン部および台座部を有する放熱フィンと、端子、短絡バー、および放熱フィンを覆う端子カバーと、この端子カバーに設けられ、端子と放熱フィン間を仕切るアーク壁とを備えたものである。
である。

この発明の配線用遮断器によれば、電源側端子、短絡バー、および放熱フィンを覆う端子カバーに電源側端子と放熱フィン間を仕切るアーク壁を設けたので、異なる２極の電源側端子を短絡バーで接続しても限流性能が低下しない直流回路遮断器を得ることができる。

この発明の実施の形態１における直流回路遮断器を示す正面図である。図１に示す直流回路遮断器において端子カバーを外した状態を示す正面図である。図１におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図である。この発明の実施の形態１における直流回路遮断器の接続導体ユニットを示す要部正面図である。図４に示す要部Ａを拡大した要部拡大正面図である。図３に示す直流回路遮断器について遮断時の状況を説明するため要部の断面を模式的に示した説明図である。この発明の実施の形態２における直流回路遮断器を横向きに取付けた状態を模式的に示す正面図である。この発明の実施の形態２における直流回路遮断器を横向きに取付けた状態を模式的に示す上面図である。図７の直流回路遮断器の短絡バーを示す正面図である。図９におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図である。この発明の実施の形態２における直流回路遮断器の放熱フィンを示す正面図である。図１１に示す放熱フィンの下面図である。この発明の実施の形態２における直流回路遮断器の端子カバーの装着を説明するための説明図である。図１３に示す放熱フィンの装着途中を説明するための説明図である。図１３に示す放熱フィンの固定を説明するための説明図である。この発明の実施の形態２における直流回路遮断器を横向きに取り付けた場合の放熱フィンの向きを説明するための説明図である。この発明の実施の形態２における直流回路遮断器を縦向きに取り付けた場合の放熱フィンの向きを説明するための説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における直流回路遮断器を示す正面図、図２は端子カバーを外した状態の直流回路遮断器を示す正面図、図３は図１におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図、図４はこの発明の実施の形態１における直流回路遮断器の接続導体ユニットを示す要部正面図、図５は図４に示す要部Ａを拡大した要部拡大図、図６はこの発明の実施の形態１における直流回路遮断器の遮断時を説明するための模式図、である。

図１から図３に示すように、直流回路遮断器１０１は、絶縁材料で形成されたベース１１とカバー１２とからなる筐体１０を用いて構成される。ベース１１上には、極数分の回路遮断ユニット２０が互いに間隔をおいて配列され、回路遮断ユニット２０の上部には、周知のトグルリンク機構を有する開閉機構部３０が配置される。カバー１２は、ベース１１上の各極の回路遮断ユニット２０と、開閉機構部３０を覆い、開閉機構部３０の操作ハンドル３１はカバー１２のハンドル用窓孔１２ａから突出している。

各極の回路遮断ユニット２０は、互いに同じに構成され、クロスバー３２は、各極の回路遮断ユニット２０に共通して、各極の回路遮断ユニット２０に直交するように、ベース１１上に配置される。このクロスバー３２は、開閉機構部３０により、その軸心を中心として回動され、各極の回路遮断ユニット２０における各可動接触子２３がそれぞれ取り付けられる。クロスバー３２がその軸心を中心として回動したときに、各極の回路遮断ユニット２０の各可動接触子２３が同時に回動され、この可動接触子２３の回動により、可動接点２２が固定接点２１に接触および開離する。開閉機構部３０は、周知のトグルリンク機構からなり、引き外し装置４０により駆動される周知のトリップバー３３を備えている。

各極の回路遮断ユニット２０は、ベース１１に設けられた電源側端子２４と、この電源側端子２４より延設され、固定接点２１を有する固定接触子２７と、固定接点２１と接触および開離する可動接点２２と、この可動接点２２が一端に設けられ、クロスバー３２により回動自由に保持されている可動接触子２３と、この可動接触子２３に可動接触子ホルダー２６を介して接続された引き外し装置４０と、引き外し装置４０より延設された負荷側端子２５と、可動接触子２３の先端側に設けられ、両接点２１、２２を囲む消弧板５１により遮断時に発生するアークを消弧する消弧装置５０と、を備えている。また、消弧装置５０と電源側端子２４の間には、遮断時に発生する遮断ガスを排気する排気孔６０ａ（図６に図示する）を有するバリア６０と、このバリア６０の電源側端子２４側に設けられ、通常時は排気孔６０ａを塞ぎ、遮断時には遮断ガスにより倒され排気孔６０ａを塞がない状態となるバリアカーテン６１が設けられている。

固定接点２１と可動接点２２とで、電路を開閉する開閉接点を構成する。可動接点２２が固定接点２１に接触すれば、両端子２４、２５の間の電気回路がオンとなり、また、可動接点２２が固定接点２１から開離すれば、両端子２４、２５間の電気回路がオフとなる。このとき可動接点２２と固定接点２１間に生ずるアークは消弧装置５０により消弧される。

可動接点２２と固定接点２１間に生ずるアークを消弧する際に発生する遮断ガスは、そのガス圧によりバリアカーテン６１における電源側端子２４から遠い側が開き、排気孔６０ａより直流回路遮断器１０１の外に放出される。

次に接続導体ユニット７０について説明する。接続導体ユニット７０は、直流回路遮断器１０１の異なる２極を電気的に接続する短絡バー７１と、複数のフィンからなるフィン部７２ａおよびフィン部７２ａを保持する台座部７２ｂを有し短絡バー７１上に固着される金属製の放熱フィン７２と、電源側端子２４、短絡バー７１、および放熱フィン７２を覆う樹脂製の端子カバー７３と、短絡バー７１と放熱フィン７２とを固定する取付けネジ７４と、から構成される。

端子カバー７３は、電源側端子２４と放熱フィン７２間を仕切るアーク壁７３ａと、放熱用に電源側に空けられた第１の通風孔７３ｂと、同じく放熱用に端子カバー７３の天面７３ｅ側に空けられた第２の通風孔７３ｃと、側面側に空けられた第３の通風孔７３ｄを有する。また、アーク壁７３ａは、台座部７２ｂより短絡バー７１側まで延設されている。

図４、図５に示すように、端子カバー７３は、放熱フィン７２のフィン間に対応する位置に第１の通風孔７３ｂが設けられている。これにより、短絡バー７１と放熱フィン７２から端子カバー７３の外側の面との空間距離を保持した状態で短絡バー７１と放熱フィン７２を大きくすることができ、限られた空間内における放熱量を増やすことができる。

次に、直流回路遮断器１０１の遮断動作について説明する。所定値以上の電流が回路遮断ユニット２０に流れると引き外し装置４０が回動しトリップバー３３を押すことにより、開閉機構部３０が駆動され可動接触子２３を回動させる。可動接触子２３の回動により可動接点２２が固定接点２１から開離する。可動接点２２が開離した際に発生するアークは固定接点２１と可動接点２２間の最短距離で維持しようとする。発生したアークは、消弧装置５０を構成する磁性鋼板からなる複数の消弧板５１によって、短いアークに分断され、電圧降下が生じ、アークを維持するためのアーク電圧が上昇する。そして、このアーク電圧が電源電圧より高い電圧となるとアークは消滅することとなる。

次に、アーク壁７３ａを、台座部７２ｂより短絡バー７１まで、延設することにより、端子カバー７３の天面、アーク壁７３ａ、電源側端子部の相間壁、および電源側端子２４とで囲まれたバッファ空間６２（図６に図示）の作用について説明する。
従来の直流回路遮断器では、電線より温度を上昇させないために抵抗を下げた短絡バーを用いると、短絡時の遮断電流も大きくなる。その結果、遮断時のアークの熱により蒸発した金属性蒸気を含む導電性の遮断ガスも増えるため、遮断時に発生するアークは、この導電性の遮断ガスを伝わり、可動接点２２から伸び短絡バーの放熱フィンへ到達することとなる。

本実施の形態では、図６に示すように、バッファ空間６２が設けられているので、遮断時に発生するアークおよび導電性の遮断ガスは、バリアカーテン６１を押し開け、排気孔６０ａからバッファ空間６２へ排出される。この時、バリアカーテン６１は天面７３ｅ側が開くので、アークおよび導電性の遮断ガスは、バリアカーテン６１と天面７３ｅにはさまれた第１の空間６２ａに排出された後、アーク壁７３ａに進路を阻まれ、アーク壁７３ａとバリアカーテン６１の間を通って、バッファ空間６２における電源側端子２４側の第２の空間６２ｂにいたる。

このように、アークおよび導電性の遮断ガスは、排気孔６０ａから排出された後、端子カバー７３および電源側端子部の相間壁という樹脂部材に囲まれた第１の空間６２ａを通過する際に、これらの樹脂から冷却ガスを発生させ、自身が冷却されるとともに、この冷却ガスにより、アークが絞られるので、アーク電圧が上昇し、遮断電流は限流されることとなる。そのため、アークおよび導電性の遮断ガスが電源側端子２４に到達するころには、遮断が完了しており、アークが電源側端子２４に到達することはない。

また、端子カバー７３の天面７３ｅには、第２の通風孔７３ｃが設けられているが、第２の通風孔７３ｃは排気孔６０ａに比べると充分小さい孔径なので、アークおよび導電性の遮断ガスは、端子カバー７３から発生する冷却ガスに阻まれるとともに、冷却ガスが第２の通風孔７３ｃを塞ぐので、第２の通風孔７３ｃを通過することはない。

本実施の形態によれば、樹脂製の端子カバー７３は、電源側端子２４と放熱フィン７２間を仕切るアーク壁７３ａを有しているので、遮断時に排気孔６０ａから排出されたアークおよび導電性の遮断ガスは、端子カバー７３の天面７３ｅ、アーク壁７３ａおよび電源側端子を囲むカバー１２の壁という樹脂部材に囲まれた第１の空間６２ａに導かれ、第１の空間６２ａを形成する樹脂から発生する冷却ガスにより冷却されるので限流性能を低下させることがない。

また、端子カバー７３は電源側端子２４と放熱フィン７２との間を仕切るアーク壁７３ａを有しているため、電流遮断時に発生する導電性の遮断ガスが放熱フィン７２に触れることを防ぐことができる。

また、アーク壁７３ａを、台座部７２ｂより短絡バー７１まで、延設することにより、遮断ガスを確実に遮蔽することと、電線より温度を上げないために抵抗を下げた短絡バーによって、短絡時の大きくなった導電性ガス（限流性能低下）をこのバッファ空間にて冷却し、天板への地絡を防ぐことができる。

また、第１の通風孔７３ｂおよび第２の通風孔７３ｃを端子カバー７３の電源側と天面側に設けたので、端子カバー７３内に熱の滞留を発生させることなく放熱することができる。

実施の形態２．
図７は実施の形態２における直流回路遮断器を横向きに取付けた状態を模式的に示す正面図、図８は図７に示す直流回路遮断器を模式的に示す上面図、図９は図７の直流回路遮断器の短絡バーを示す正面図、図１０は図９におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図、図１１は実施の形態２における直流回路遮断器の放熱フィンを示す正面図、図１２は図１１に示す放熱フィンの下面図、図１３は端子カバーの装着を説明するための説明図、図１４は端子カバーの装着途中を説明するための説明図、図１５は図１３に示す放熱フィンの固定を説明するための説明図、図１６は直流回路遮断器を横向きに取り付けた場合の放熱フィンの向きを説明するための説明図、図１７は直流回路遮断器を縦向きに取り付けた場合の放熱フィンの向きを説明するための説明図である。
本実施の形態における直流回路遮断器１０２の接続導体ユニット８０は、直流回路遮断器１０２を横向きに取り付ける際にも熱の滞留を起こさずに放熱することができるように、台座部８２ｂに軸部を設け、フィン部８２ａを９０度回転できるようにしたものである。

図７、図８に示すように、直流回路遮断器１０２は、電源側端子−負荷側端子の方向が水平になるように取り付けられている。実施の形態１の図２に示す状態に対し、放熱フィン８２が９０度回転した状態に回転可能となっている。また、図８に示すように、側面側に空けられた第３の通風孔８３ｄは、フィン部８２ａ間に対応する位置に設けられている。

次に放熱フィン８２の回転方法について図９〜図１２を用いて説明する。
接続導体ユニット８０は、円形の軸溝８１ａを有する短絡バー８１と、正方形の凹部８２ｃおよび軸溝８１ａに挿入される挿入リブ８２ｄを有する放熱フィン８２と、を有している。
また、図１３に示すように、端子カバー８３は、固定用リブ８３ｅ、固定用バネ８４、および凹部８２ｃに嵌め合わさる形状を持つ固定用ブロック８５を有している。その他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

図１３に示すように、直流回路遮断器１０２では、まず、放熱フィン８２の挿入リブ８２ｄを円形の軸溝８１ａに挿入し、短絡バー８１と放熱フィン８２の位置決めを行う。この時、挿入リブ８２ｄは円形の軸溝８１ａ内を自由に動くことができるので、放熱フィン８２は短絡バー８１に対し回転することが可能である。その後、図１４に示すように、端子カバー８３を装着すると、固定用ブロック８５が凹部８２ｃとが嵌め合わされるので、端子カバー８３により放熱フィン８２の回転が規制され短絡バー８１に対し放熱フィン８２が押し付けられる。この状態からさらに端子カバー８３を押しこむことで、図１５に示すように、端子カバー８３がカバー１２に固定され、固定用バネ８４により放熱フィン８２に押圧され、放熱フィン８２が固定される。

このように、放熱フィン８２は、９０度回転可能なので、図１６に示す直流回路遮断器１０２の電源側端子−負荷側端子の方向が水平方向の取り付け時にも、図１７に示す直流回路遮断器１０２の電源側端子−負荷側端子の方向が鉛直方向の取り付け時にも、放熱フィン８２のフィン部８２ａの長手方向を鉛直方向とすることができ、端子カバー８３内に熱の滞留を発生させることなく放熱することが可能となっている。
また、本実施の形態では、凹部８２ｃおよび固定用ブロック８５は正方形としたので、放熱フィン８２は９０度毎に固定することができる。なお、凹部８２ｃおよび固定用ブロック８５の形状は、正方形でなくても、８角形等の９０度回転しても形状が同じであればよい。

本実施の形態によれば、軸溝８１ａを円形とすることで、放熱フィン８２を回転させることができ、フィンの向きを直流回路遮断器１０２の取り付け方向に合わせて容易に変更することができる。

また、軸溝８１ａと、挿入リブ８２ｄにより、直流回路遮断器１０２に外部から衝撃などがかかり固定用バネ８４の力が一時的に弱まるような状況においても、放熱フィンの脱落や位置ズレを防ぐことができる。

また、固定用ブロック８５、凹部８２ｃの形状を正方形とすることで、放熱フィンを９０度毎に回転させて取り付けることができる。

また、端子カバー８３は、フィン部８２ａのフィン間に対応する位置に第３の通風孔８３ｄが設けられているので、端子カバー８３内に熱の滞留を発生させることなく放熱することができる。

端子カバーをカバー１２への固着により、直流回路遮断器１０２の取付け向きに応じて、放熱フィン８２を回転させ固定することができるので、１つの放熱フィンで直流回路遮断器１０２の取付け向きに依存しない放熱を可能とすることができる。

１０筐体、１１ベース、１２カバー、１２ａハンドル用窓孔、
２０回路遮断ユニット、２１固定接点、２２可動接点、
２３可動接触子、２４電源側端子、２５負荷側端子、
２６可動接触子ホルダー、２７固定接触子、
３０開閉機構部、３１操作ハンドル、３２クロスバー、３３トリップバー、
４０引き外し装置、５０消弧装置、５１消弧板、
６０バリア、６０ａ排気孔、６１バリアカーテン、
６２バッファ空間、６２ａ第１の空間、６２ｂ第２の空間、
７０接続導体ユニット、７１短絡バー、
７２放熱フィン、７２ａフィン部、７２ｂ台座部、
７３端子カバー、７３ａアーク壁、
７３ｂ第１の通風孔、７３ｃ第２の通風孔、７３ｄ第３の通風孔、
７３ｅ天面、７４取付けネジ、
１０１直流回路遮断器。

Claims

ベースと、このベース上に設けられ、固定接点を有する少なくとも２つの固定接触子と、該固定接触子に対応して設けられ、前記固定接点と接触および開離する可動接点を有する可動接触子と、前記両接点に対応して設けられ、前記可動接触子の先端側にもけられた消弧板からなる消弧装置と、前記固定接触子に接続された端子と、前記消弧装置と前記端子の間に設けられ、遮断時に発生する遮断ガスを排気するための排気孔を有するバリアと、このバリアの前記端子側に設けられ、通常時は前記排気孔を塞ぎ、遮断時には前記排気孔を塞がないバリアカーテンと、前記端子のうち隣接する２つの端子を接続する短絡バーと、この短絡バーに設けられ、複数のフィンからなるフィン部および台座部を有する放熱フィンと、前記端子、前記短絡バー、および前記放熱フィンを覆う端子カバーと、この端子カバーに設けられ、前記端子と前記放熱フィン間を仕切るアーク壁と、を備えた直流回路遮断器。
前記アーク壁は、前記台座部より前記短絡バー側まで延設されていることを特徴とする請求項１に記載の直流回路遮断器。
前記放熱フィンは、前記短絡バーに設けられた軸を中心に９０度回転することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の直流回路遮断器。
前記端子カバーは、前記放熱フィンのフィン間に対応する位置に通風孔が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の直流回路遮断器。