CN101252055B - 断路器及其开闭方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种避免了因电磁推斥机构而在电流断路中途时刻所产生的可动电极一侧轴的跳回的可靠度较高的断路器。在具备第一线圈(真空阀)(51)；以及利用电磁推斥作用将第一线圈(51)的操作轴向断开方向驱动的断开单元的断路器(5)中，具有利用永磁(306)的吸引力将第一线圈(51)维持在闭合状态的电磁铁(301)，在进行利用电磁推斥作用的断开动作时，同时对电磁推斥线圈(170)与电磁铁(301)的第二线圈(305b)进行励磁。

Description

断路器及其开闭方法
技术领域
本发明涉及断路器及其开闭方法，尤其涉及适合于具备了利用电磁推斥作用将真空阀的操作轴向断开方向快速驱动的断开单元的断路器的断路器及其开闭方法。 
背景技术
利用电磁推斥作用将真空阀的操作轴向断开方向快速驱动的断开单元由电磁推斥线圈及与其相对配置的环状的铜板构成，利用电容器放电等对断开单元的电磁推斥线圈迅速进行励磁，并利用线圈电流和铜板上产生的涡电流的电磁推斥力使真空阀进行断开动作。 
在具备了电磁推斥机构的断路器中，有直流断路器和快速断路器。前者将预先在电容器上充了电的电荷沿与***电流相反的方向注入，强行造成电流零点而进行断路。若在直流***发生接地故障，则由于流动由电阻及电感的电路常数决定的升速较快的短路电流等涡电流，因此，要求断路器进行快速动作。 
另一方面，由于快速断路器用于小型发电***等上，因此，引入的目的在于，防止电力***停电时的从小型发电机一侧的电力流出，避免伴随过载而与电源一起跳闸，使从停电***向正常***的通过快速切换的重要负载继续运转等。在该断路器上由于要求在接受断开指令后数ms以内作出响应，因此，也利用电磁推斥机构。 
作为搭载了该电磁推斥机构的断路器，已知有例如专利文献1(专利文献1：日本特开2000-299041号公报)所示的具备：真空阀；设置在该电磁阀的开闭方向上的操作机构；以及设置在该操作机构的中间部位的电磁推斥机构，进一步具备降低电流断路过程中的可动电极一侧轴跳回的机构的断路器。 
然而，在上述的现有的断路器中，由于在进行快速断路时，不仅需要得到规定的断开速度，还需要超过维持闭合状态的永磁的吸引力的电磁推斥力，因此，不可避免地导致电磁推斥机构的大型化及电源容量的增加。另外，由于在 真空阀和其操作机构之间，在上下方向上串联配置有电磁推斥机构及降低电磁推斥机构工作时产生的可动电极一侧的轴跳回的机构，因此，在利用真空阀的操作机构来开闭操作真空阀时，需要一并移动电磁推斥机构及可动电极一侧的轴跳回降低机构。 
因此，在真空阀的操作机构例如为电磁操作方式的场合，由于必须加大其构成零件即永磁、励磁线圈等的容量，从而真空阀的操作机构大型化。另外，也存在真空阀的操作机构的操作性降低的可能性。 
发明内容
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供容易解除因电磁推斥机构而引起的闭合状态，且能够以简易的构成降低在电流断路中途时刻所产生的可动电极一侧轴的跳回，并且操作性良好的断路器及其开闭方法。 
为了达到上述目的，本发明的断路器，具备：开闭真空阀的电磁铁内的第一线圈；与该第一线圈一起设置在上述电磁铁内的第二线圈；以及与该第二线圈串联连接的电磁推斥线圈，在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，同时对上述第二线圈和电磁推斥线圈进行励磁，或者，具备：真空阀；由利用电磁推斥作用将上述真空阀的操作轴向断开方向驱动的线圈、可动铁心、永磁构成的电磁铁；以及对上述线圈进行励磁而进行上述真空阀的合闸动作，利用上述永磁的吸引力将上述真空阀维持在闭合状态，沿与进行合闸动作时相反的方向对上述线圈进行励磁而使上述真空阀进行断开动作的操作机构，其特征在于，与上述线圈一起在电磁铁内设置了在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时与用于电磁推斥作用的电磁推斥线圈同时被励磁的第二线圈。 
另外，本发明的断路器的开闭方法，通过对第一线圈进行励磁而开闭真空阀，在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，对与上述第一线圈一起设置在电磁铁内的第二线圈和串联连接的电磁推斥线圈同时进行励磁，或者，对利用电磁推斥作用将真空阀的操作轴向断开方向驱动的电磁铁的线圈进行励磁而进行上述真空阀的合闸动作，利用电磁铁的永磁的吸引力将上述真空阀维持在闭合状态，沿与进行合闸动作时相反的方向对上述线圈进行励磁而使上述真空阀进行断开动作，其特征在于，与上述线圈一起设置在上述电磁铁内的第二线圈和用于电磁推斥作用的电磁推斥线圈在进行利用电磁推斥作用的快速断 开动作时同时被励磁。 
根据本发明，由于在进行通过电磁推斥机构的断开动作的同时，沿与进行合闸动作时相反的方向对电磁铁的线圈进行励磁，因此，降低维持闭合状态的永磁的吸引力从而容易解除闭合状态，而且能够得到以简易的构成能够降低在电流断路中途所产生的可动电极一侧轴的跳回，并且操作性良好的断路器及其开闭方法。 
以简易的构成实现了提供容易解除因电磁推斥机构而引起的闭合状态，且以简易的构成能够降低在电流断路中途时刻所产生的可动电极一侧轴的跳回，并且操作性良好的断路器及其开闭方法的目的。 
附图说明
图1是本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的左视图。 
图2是图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的后视图。 
图3是图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的右视图。 
图4是图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的正视图。 
图5是应用了图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的***电路图。 
图6是表示图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的发生故障时的操作的时间图。 
图7是表示图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的通常运转时的操作的时间图。 
图8是说明图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的进行合闸操作时的线圈励磁方法的图。 
图9是说明图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的通常进行断开操作时的线圈励磁方法的图。 
图10是说明图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的进行快速断路操作时的线圈励磁方法的图。 
图11是本发明的断路器即三相快速断路器的右侧剖视图。 
图12是图11所示本发明的断路器即三相快速断路器的后视图。 
图13是图11所示本发明的断路器即三相快速断路器的正视图。 
图14是设置了图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的开关机构的左侧剖视图。 
附图标记：1-直流电源、2-负载、3-馈电线、4-回流线路、5-换向型直流断路器、50-充电装置、51-第一主开关、52-第二主开关、53-第一辅助开关、54-第二辅助开关、55-第一电容器、56-第二电容器、57-电抗器、58-变流器、59-过电流脱扣装置、170-电磁推斥线圈、171-推斥板、300-操作器外壳、301-电磁铁、304-插棒式铁心、305a-第一线圈、305b-第二线圈、306-永磁、600-快速断路器、900-控制装置、901-线圈骨架、914、915-开关、950-二极管、952-保护电阻、954-浪涌电压抑制装置 
具体实施方式
下面说明本发明的断路器的实施方式。 
图1至图7及图14表示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式，图1是本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的左视图，图2是图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的后视图，图3是图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的右视图，图4是图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的正视图，图5是应用了图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的***电路图，图6是表示图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的发生故障时的操作的时间图，图7是表示图1所示本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的通常运转时的操作的时间图。另外，图14是使用了本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的开关机构的左剖视图。 
(实施例1) 
首先，用图5至图7说明本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的使用方法以及运转方法。 
在图5中，符号1表示直流电源，在一般直流馈电线路中供给1500V的 电压。符号2表示电车等的负荷。符号3表示向负载供电的馈电线，符号4表示连结负荷2和直流电源1的回流线路。本发明的断路器即换向型直流断路器5***馈电线3的中间部位用来开关从直流电源1向负荷2供给的电力。 
换向型直流断路器5由第一主开关51、第二主开关52、第一辅助开关53及第二辅助开关54的四个开关和控制装置900构成。在换向型直流断路器5上连接有第一电容器55、第二电容器56及电抗器57。第一主开关51和第二主开关52串连接入馈电线3中，且将第一主开关51配置在直流电源1一侧，将第二主开关52配置在负荷2一侧。第一辅助开关53和第一电容器55以及电抗器57的串连电路与第一主开关51并联连接，第二辅助开关54和第二电容器56的串连电路与第一电容器55并联连接。 
设置在馈电线3上的变流器58检测流经馈电线3的电流，并将该电流值输入到过电流脱扣装置59中。过电流脱扣装置59具有自动断路设定值，并在流经馈电线3的电流值达到该设定值以上时，输出断开指令11。控制装置900接受来自外部指令10或过电流脱扣装置59的断开指令11后，向换向型直流断路器5发出开闭指令。 
第一辅助开关53与第一主开关51联动，第一主开关51断开后，延迟时间t1(例如2ms)暂且闭合，而后断开。另一方面，第二辅助开关54与第二主开关52联动，在第二主开关52断开的时间t2(例如2.5ms)之前断开。 
在负荷2运转时，闭合第一主开关51和第二主开关52，在负荷2上施加电压为1500V的直流电。此时，预先断开第一辅助开关53，闭合第二辅助开关54。另外，将第一电容器55和第二电容器56以直流电源1一侧为基准预先充电到+2000V。 
若在负荷2出现故障或在馈电线3上发生接地故障等，则在馈电线3上流经由电路常数决定的非常大且迅速上升的故障电流。例如，在电路电阻为15mΩ，电路电感为150μH时，最大到达电流为100kA，最大电流冲击速率达到10kA/ms。在发生了这种故障电流时，为将对设备的影响抑制到最小限度，必须快速地切断故障电流。首先在变流器58检测故障电流值，然后将故障电流值输入到过电流脱扣装置59中。若预先将过电流脱扣装置59的自动断路设定值设定为例如12000A，则在故障电流达到了12000A的时刻，断开指令11 传送到控制装置900。根据来自控制装置900的指令，第一主开关51断开。由于第一主开关51的断开，第一辅助开关53延迟时间t1后闭合。由此，由第一电容器55、第二电容器56、电抗器57、第一主开关51、第一辅助开关53及第二辅助开关54构成的LC谐振电路成立，用充电装置50预先充电的第一电容器55和第二电容器56放电，从而与故障电流的方向相反的换向电流流入第一主开关51。当将第一电容器55的电容设为600μF，将第二电容器56的电容设为1200μF时，由于方向相反的换向电流值最大为40kA，因此，若使第一辅助开关53在故障电流值达到40kA之前闭合，则故障电流和换向电流彼此抵消。在流经第一主开关51的电流成为零的时刻，第一主开关51结束断路。虽然在第一主开关51断开后，第二主开关52延迟时间t3后断开，但若时间t3预先设定为满足t3＞t1+t2的条件，则不会发生在第一辅助开关53闭合之前第二辅助开关54断开的情况，因此，可使第一电容器55和第二电容器56同时放电，能够应对如上所述的大电流。此外，即使第一主开关51结束断路，也由于存在第一辅助开关53和第二辅助开关54均处于闭合状态的期间，因此，第一电容器55和第二电容器56由直流电源1所充电。该充电电流在充电电压上升，电路电流趋近于零、降到真空阀的截断电流值以下的时刻被断路。 
另一方面，通常的运转状态中的换向型直流断路器5的断路动作通过外部指令10进行。在通过外部指令10接受到断开指令时，第一主开关51和第二主开关52同时断开。此时，由于第二辅助开关54以第二主开关52断开之前的时间t2先断开，因此，在第一辅助开关53闭合时，由第一电容器55、电抗器57、第一主开关51、第一辅助开关53构成的LC谐振电路成立。 
在预先充了电的第一电容器55和第二电容器56中，仅第一电容器55放电，与负荷电流的方向相反的换向电流流入第一主开关51。这里，负荷电流的最大值为过电流脱扣装置59的设定值12000A以下。若使仅第一电容器55放电的场合的换向电流最大值为14kA，则可抵消最大负荷电流12000A，在第一主开关51的电流变为零的时刻结束第一主开关51的断路。此外，第二主开关52起在断开断路器后切断负荷2和第一电容器55及第二电容器56的作用，能够防止负荷一侧电路上的由电容器充电电压引起的电击故障。 
下面，根据图1至图4及图14说明前面所述的本发明的断路器即换向型 直流断路器的一个实施方式。 
本发明的断路器即换向型直流断路器5的一个实施方式，利用两个电磁铁和机械联杆构成自动地实现上述四个开关的动作定时。在图1至图4中，无论是哪一个都表示运转状态(第一主开关51及第二主开关52处于闭合状态)。四个开关虽然均以内部具有一对触点的真空阀记载，但也可以转用在空气开关等上。 
首先对本发明的断路器即换向型直流断路器5的一个实施方式的电连接进行说明。 
第一主开关51的固定侧馈电线100和第二主开关52的固定侧馈电线114连接在换向型直流断路器5的母线1000(图14)上。该母线与电抗器57的一端连接。电抗器57的另一端与第一电容器55及第二电容器56连接。第一主开关51的可动导体62借助于集电部101与可动侧馈电线120接通。可动侧馈电线120与直流电源1连接。另外，第一主开关51的可动导体62和第一辅助开关53的可动导体69借助于导体102、103、挠性导体104及导体105处于总是电地连接的状态。 
在第一辅助开关53的固定导体108上固定有馈电线106和馈电线107。馈电线107与第二辅助开关54的固定导体1 09连接。另一方面，馈电线106在换向型直流断路器5的外部与第一电容器55连接。另外，第二辅助开关54的可动导体110借助于导体111、挠性导体112、馈电线113与第二电容器56连接。第二主开关52的可动导体200借助于集电部201与可动侧馈电线203接通。可动侧馈电线203与负荷2连接。利用以上的电连接方法实现图5所示的***电路。 
下面使用图1至图4说明本发明的断路器即换向型直流断路器5的一个实施方式的机械构造。 
如图1所示，第一主开关51的可动导体62与部件64销连结。操作杆65其一端固定在部件64上，另一端固定在铰链66上。第一辅助开关53的可动导体69借助于部件67用销534连结在铰链66上。即，第一主开关51的可动导体62和第一辅助开关53的可动导体69彼此联动动作。操作杆65贯通在上下部实施了平面加工的销150。通过销150和固定在操作杆65上的螺母152 成为夹持了垫片153、承压弹簧151及垫片154的构成。 
在第一主开关51断开的状态下，通过承压弹簧151使操作杆65的上部的六角部155和销150处于卡合的状态。另一方面，在第一主开关51的闭合动作过程中，在第一主开关51的固定触点61和可动触点60接触的时刻，销150和六角部155的卡合被解除，若承压弹簧151进一步压缩，则承压弹簧151的载荷成为第一主开关51中的触点的接触力。 
另外，操作杆65贯通构成断开单元的电磁推斥线圈170及推斥板171。从而成为因电磁推斥线圈170的励磁而在推斥板171上产生涡电流，作用在电磁推斥线圈170的电流和推斥板171的涡电流之间的电磁推斥力通过推斥板171由部件64所承受的构成，通过该推斥力使得操作杆65在图1中朝上方向移动。 
如图3所示，第二主开关52的可动导体200与部件202销连结。操作杆204其一端固定在部件202上。操作杆204贯通在上下部实施了平面加工的抵接面的销206。通过销206和固定在操作杆204上的螺母208成为夹持了垫片210、承压弹簧212、垫片214的构成。在第二主开关52的断开状态下，通过承压弹簧212使操作杆204的上部的六角部216和销206处于卡合的状态。另一方面，在第二主开关52的闭合动作过程中，在第二主开关52的固定触点220和可动触点222接触的时刻，销206和六角部216的卡合被解除，若承压弹簧212进一步压缩，则承压弹簧212的载荷成为第二主开关52中的触点的接触力。 
如图1及图3所示，用在操作器外壳300内相对第一主开关51及第二主开关52并排设置的电磁铁301驱动第一主开关51的操作杆65及第二主开关52的操作杆204。电磁铁301的旋转轴302借助于部件303与主旋转轴500的一方的柄501连结。主旋转轴500的另一方的柄503及499上分别连结有在第一主开关51一侧延伸的绝缘杆502和在第二主开关52一侧延伸的绝缘杆504。绝缘杆502通过辅助旋转轴510与销150卡合，绝缘杆504通过辅助旋转轴512与销206卡合。即，如图1及图3所示，电磁铁301的吸引力借助于主旋转轴500和设置在其上的柄501、503、499以及辅助旋转轴510、512和设置在其上的柄513、514传递到第一主开关51上的操作杆65及第二主开关 52上的操作杆204上。为对第一主开关51、第二主开关52进行合闸，只要对电磁铁301内的第一线圈305a进行励磁并向图中的朝下方向驱动插棒式铁心304即可。 
虽然第一辅助开关53如上述那样与第一主开关51联动而驱动，但为实现图6及图7中所记载的操作定时，而如图1所示那样设有连结部件530和柄531。连结部件530和柄531通过销533彼此连结。连结部件530的另一端与辅助旋转轴510的柄513连接。另一方面，柄531以轴532为支点回转自如。 
在第一主开关51断开的场合，虽然操作杆65向图1中的朝上方向移动而第一辅助开关53暂且闭合，但同时柄531向逆时针方向回转，柄531与设置在铰链66上的销534卡合，从而将第一辅助开关53的可动导体69再次向断开方向拉回(朝下方向)。之所以将在铰链66中销534所贯通的孔做成长圆形状，是为了使可动导体69与操作杆65的位置无关地可向断开方向(朝下方向)移动。此外，符号70是用来向第一辅助开关53施加接触力的弹簧。 
如图3所示，在第二辅助开关54一侧也设有连结部件540和柄541。若第二主开关52断开，则柄541以轴542为中心沿顺时针方向回转，柄541和设置在与第二辅助开关54的可动导体110连结的部件544上的销543卡合，使可动导体110向断开方向(朝下方向)移动。此外，符号71是用来向第二辅助开关54施加接触力的弹簧。连结部件530、540做成其长度可变，从而以这些部件调节主开关和辅助开关的开闭定时。 
在图4中，符号555表示以与主旋转轴500联动的方式设置在操作器外壳300内的跳闸弹簧，符号590表示向第一线圈305a供给励磁能的电容器，符号591表示电磁铁301的控制电路。另外，用双点划线表示的部分表示用于向电磁推斥线圈170供给励磁能的控制装置900，由电容器902、控制电路板903等构成。 
下面说明电磁铁301的构造。第一线圈305a和第二线圈305b设置在同一线圈骨架901上。在第一线圈305a、第二线圈305b的上表面、外周面、下表面配置固定铁心903、904、905，在上表面的固定铁心903上放置永磁306。电磁铁301的可动铁心由圆形的可动平板906和插棒式铁心304构成，由旋转轴302和螺母907所夹持。在对电磁铁301进行合闸时，插棒式铁心304和中 央支脚908处于接触的状态。 
这里说明本发明的断路器即换向型直流断路器5的一个实施方式的动作。 
(通常的合闸、断开操作) 
在合闸动作过程中，对电磁铁301的第一线圈305a进行励磁，使插棒式铁心304产生吸引力。由于该吸引力借助于主旋转轴500、辅助旋转轴510、512传递到第一主开关51的操作杆65及第二主开关52的操作杆204上，因而可动导体62、200朝下方向被驱动，从而第一主开关51及第二主开关52断开。在合闸动作过程中，各主开关51、52的承压弹簧151、212及设置于操作器外壳300内的跳闸弹簧555蓄能以备进行第一主开关51及第二主开关52的断开动作。 
此时，第一辅助开关53伴随销534和铰链66的卡合而处于断开状态，另一方面，第二辅助开关54因解除柄541和销543的卡合而处于闭合状态。若合闸动作结束，则解除电磁铁301的励磁。已蓄能的承压弹簧151、212及跳闸弹簧555的反作用力由电磁铁301内部的永磁306的吸引力所保持。此时，永磁306的磁通主要在永磁306-可动平板906-插棒式铁心304-中央支脚908-固定铁心905-固定铁心904-固定铁心903-永磁306的路径上产生。 
在第一主开关51及第二主开关52的通常的断开动作过程中，沿与上述的合闸动作时相反的方向对第一线圈305a进行励磁。利用该第一线圈305a的反向励磁来消除在插棒式铁心304和中央支脚908之间流通的磁通，电磁铁301的吸引力降低。在该吸引力低于弹簧的反作用力的时刻，第一主开关51及第二主开关52的断开动作开始。此外，在该电磁操作机构中，断开动作基本上通过承压弹簧151、212及跳闸弹簧555的弹簧力完成。即，仅用消除永磁所产生的磁通的少许能量即可实现第一线圈305a的反向励磁。 
(故障时的快速断路操作) 
在故障时的快速断路操作中，对电磁推斥线圈170进行励磁以产生在推斥板171上产生的电磁推斥力。该电磁推斥力由部件64所承受，与部件64连结的操作杆65一边进一步压缩承压弹簧151一边朝上方向移动，从而第一主开关51处于断开状态，第一辅助开关53处于闭合状态。此时，主旋转轴500及辅助旋转轴510不进行动作，第二主开关52、第二辅助开关54的状态也保 持原样。 
电磁铁301的第二线圈305b与电磁推斥线圈170串联连接，第二线圈305b与电磁推斥线圈170同时被励磁。若将第二线圈305b的励磁方向设定为与第一线圈305a的断开动作时的励磁方向(反向励磁)相同，则由于永磁306的磁通被消除，因而电磁铁301的吸引力减少。在电磁铁301的吸引力低于承压弹簧151、212及跳闸弹簧555的反作用力的时刻，插棒式铁心304朝上方向移动。按照该动作，第二主开关52及第二辅助开关也断开。 
这里，使用图8至图10对本发明的断路器即换向型直流断路器的一个实施方式的控制方法进行说明。图8是说明进行合闸操作时、图9是说明通常的进行断开操作时以及图10是说明故障时进行断路操作时的控制电路的动作的图。通常的合闸操作及断开操作以控制电路板591进行控制。在进行合闸操作过程中，接通两个触点934、935而形成电路，接通开关915，将电容器590的充电电荷向电磁铁301的第一线圈305a供给(图8)。另一方面，在进行通常的断开动作过程中，使触点930、931、932、933动作而形成电路并接通开关915，沿与合闸动作相反的方向对第一线圈305a进行励磁(图9)。此外，图8及图9中的带箭头的曲线表示励磁电流的流向。 
在故障时进行快速断路操作过程中，接通开关914，用配置在控制装置900中的电容器902的充电电流对电磁推斥线圈170及电磁铁301内的第二线圈305b进行励磁(图10)。 
然而，由于第一线圈305a和第二线圈305b做成复叠绕线构造，因此，若对一方进行励磁，则在另一方产生感应电压(电磁感应)。快速断路操作用第二线圈305b，由于进行快速动作，因此，有必要减小电感，其匝数为10匝左右。另一方面，对于通常的开闭操作中使用的第一线圈305a，以降低电容器590、开关915的负担为目的，有必要降低线圈电流，其匝数设定为200～400匝程度。由于感应电压与匝数成比例，因而虽然在对第一线圈进行励磁时第二线圈上感应的电压不会特别地成问题(通常的合闸、断开操作时)，但与其相反地、即在进行快速断路操作过程中，在第一线圈305a上感应kV级的电压。 
在本实施例中，作为第一线圈305a的感应电压对策，设置了浪涌电压抑制装置954。浪涌电压抑制装置954与第一线圈305a并排设置，只要在第一 线圈305a和浪涌电压抑制装置954之间流动循环电流即可。在浪涌电压抑制装置954上虽然也可以使用氧化锌变阻器(ZNR)，但考虑到对多次操作的耐久性，最好由图8至图10所示的保护电阻952和二极管950构成。如图10所示，在进行快速断路操作过程中，由于电流I通过浪涌电压抑制装置954流动，因此，第一线圈305a上产生的感应电压降低。此外，虽然越减小保护电阻952则感应电压就越降低，但其另一方面，电磁铁301的释放时间变长。最好在满足电路的绝缘规格要求的基础上，尽可能加大电阻值。 
在本实施例的场合，一边在承压弹簧151、212及跳闸弹簧555上蓄能一边驱动的合闸操作，基本上比上述的利用弹簧力的断开操作需要更大的操作能。如在前面也已叙述，在本实施例的电磁铁301的场合，在进行断开操作过程中，只要消除电磁铁301内的永磁306的磁通即可。因此，如图8至图10所示那样预先配置二极管950，从而不影响需要较大的能量的合闸动作。另外，对于操作能较小的通常的断开操作，也可以在某种程度上分流到浪涌电压抑制装置954一侧。即，可谓该浪涌电压抑制装置954对于断开操作能较小的本实施例的电磁铁301尤其有效。 
再有，在该控制方式上实施了如下措施。在换向型直流断路器5合闸后紧接着发生了接地故障的场合，必须迅速地切换到断开操作上(脱扣自由操作)。与存在常时电流零点的交流***不同，在直流***的场合，若断开动作延迟而故障电流超过换向电流，则导致无法断路的状态。 
在合闸操作过程中，若在第一主开关51及第二主开关52的触点接触的瞬间发生接地故障，则设置在馈电线3上的变流器58检测出故障电流，开闭指令借助于过电流脱扣装置59、控制装置900输入到换向型直流断路器5中。此时，由于换向型直流断路器5处于合闸操作过程中，因此，控制电路处于图8的状态。若在该状态下对电磁推斥线圈170及第二线圈305b进行励磁，则由于过大的感应电流流经第一线圈305a-触点935-触点933-开关915-电容器590-触点930-触点934-第一线圈305a的低阻抗电路，因而存在断开时间延迟并且损伤开关915的危险。因而在本实施例的控制方式中，做成在对电磁推斥线圈170进行励磁的同时，强行切断开关915而对上述低阻抗电路进行断路的构成。因此，要求开关914及开关915具有快速响应性，尤其开关915需要具有快速断路性能。开关914应用闸流晶体管，开关915应用FET或IGBT的半导体开关而实现了上述要求和需要。 
下面叙述本发明的断路器即换向型直流断路器5的一个实施方式的效果。 
现有的断路器具备：真空阀；设置在真空阀的开闭方向上的操作机构；以及设置在操作机构的中间部位的电磁推斥机构，在操作机构内搭载永磁，用该永磁的吸引力维持闭路状态。在快速断路操作过程中，必须使从永磁306的吸引力减去承压弹簧151、212及跳闸弹簧555的反作用力的力即超过用于维持真空阀的闭合状态的剩余力的电磁推斥力在电磁铁301的可动部上作用。在这种断路器中，由于在进行快速断路时，不仅需要得到规定的断开速度，还需要超过维持闭合状态的永磁的吸引力的电磁推斥力，因此，不可避免地导致电磁推斥机构的大型化及电源容量的增加。此外，必须另设降低因电磁推斥的反作用力而产生的可动电极一侧的轴跳回的机构以防止再次合闸。 
在本实施例中，通过在进行电磁推斥操作的同时对电磁铁301进行反向励磁而解除永磁306的吸引，从而能够顺利地进行快速断路动作。其结果，能够提供降低了可动电极一侧的轴跳回，避免了再次合闸的可靠度较高的断路器。除了通常的合闸、断开操作用的第一线圈302a以外，还设置了确保快速响应性的小电感的第二线圈302b并与电磁推斥线圈170串联连接，从而实现了励磁的同时性。 
在本实施例的电磁铁301的场合，由于断开操作基本上利用承压弹簧151、212和跳闸弹簧555的蓄能，因而不仅消除施加吸引力的永磁306的磁通，而且适合确保快速响应性。 
由于将第一线圈301a和第二线圈302b做成双重化构造，因此，若对一方进行励磁则在另一方的线圈上感应电压。在进行磁通变化较大的快速断路操作时，虽然在匝数较多的第一线圈301a上产生的感应电压成问题，但利用与该线圈并列设置的浪涌电压抑制装置954得以解决。浪涌电压抑制装置954由保护电阻952和二极管950构成，确保了对多次操作的耐久性。此外，在以保护电阻952和二极管950构成浪涌电压抑制装置954的场合，二极管950配置如下：在进行只需少许操作能即可的断开操作时，容许励磁电流向浪涌电压抑制装置954分流；在进行需要较大的操作能的断开操作时，不分流。该浪涌电压 抑制装置954不能应用于在合闸操作、断开操作双方需要较大的操作能的电磁铁上。在如本实施例那样在断开操作上利用承压弹簧151、212和跳闸弹簧555的蓄能的场合有效。 
为实现合闸操作后的迅速的快速断路(脱扣自由责任和义务)，做成在接通对电磁推斥线圈170进行励磁的开关914的同时，切断第一线圈302a的励磁开关915。开关914应用闸流晶体管，开关915应用FET或IGBT的半导体开关而确保了开关的快速响应性，尤其确保了开关915的快速断路性能。 
图11至图13表示了本发明的断路器即三相快速断路器600的一个实施方式，图11是本发明的断路器即三相快速断路器600的右侧剖视图，图12是后视图，图13是正视图，这些图均表示了闭合状态。在这些图中，符号与图1至图4的符号相同的部分是同一部分。 
在这些图中，三相的快速断路器600具备内部备有接触脱离自如的触点的真空阀601。真空阀601的固定电极一侧的固定导体602连接在位于上部一侧的固定侧馈电线603上。另一方面，可动电极一侧的可动导体604借助于集电部605与可动侧馈电线606接通。 
可动导体604与绝缘杆607的一端连结。绝缘杆607的另一端固定在操作杆608上。操作杆608贯通在上下部实施了平面加工的抵接面的销609内。销609与三相均为单一的主旋转轴500的一方柄503卡合。通过销609和固定在操作杆608上的螺母610夹持垫片611、承压弹簧612及垫片613。在真空阀601断开的状态下，通过承压弹簧612操作杆608的下部的六角部620和销609处于卡合的状态。另一方面，在真空阀601的闭合动作过程中，在真空阀601的固定触点621和可动触点622接触的时刻，销609和六角部620的卡合被解除，承压弹簧612的载荷成为触点的接触力。 
操作杆608贯通构成断开单元的电磁推斥线圈170及推斥板171。从而形成因电磁推斥线圈170的励磁而在推斥板171上产生的电磁推斥力，与上述的实施方式相同地由绝缘杆607所承受的构成，操作杆608通过该推斥力在图中朝下方向移动。 
操作杆608通过在操作器外壳300内相对真空阀601并排设置的电磁铁 301驱动。电磁铁301的旋转轴302借助于部件303与主旋转轴500的另一方的柄501连结。即，电磁铁301的吸引力借助于主旋转轴500传递到操作杆608上。为了对真空阀601进行合闸，只要对电磁铁301内的第一线圈305a进行励磁并向图中的朝下方向驱动插棒式铁心304即可。 
电磁铁301的构造与前面的实施例相同。第一线圈305a和第二线圈305b设置在同一线圈骨架901上，在第一线圈305a、第二线圈305b的上表面、外周面、下表面配置固定铁心903、904、905，在上表面的固定铁心903上放置永磁306。电磁铁301的可动铁心由圆形的可动平板906和插棒式铁心304构成，由旋转轴302和螺母907所夹持。在合闸电磁铁301时，插棒式铁心304和中央支脚908处于接触的状态。 
下面，说明上述本发明的断路器即三相快速断路器600的一个实施方式的动作。 
在合闸动作过程中，利用图13所示预先充了电的电容器590对电磁铁301的第一线圈305a进行励磁，使得在插棒式铁心304上产生吸引力。该吸引力借助于主旋转轴500传递到操作杆608上，可动导体604朝上方向被驱动，从而真空阀601断开。在进行合闸动作的同时，承压弹簧612及跳闸弹簧555蓄能以备进行断开动作。若合闸动作结束，则解除电磁铁301的励磁。已蓄能的承压弹簧612及跳闸弹簧555的反作用力由电磁铁301内部的永磁306的吸引力所保持。 
在真空阀601的通常的断开动作过程中，沿与合闸动作时相反的方向对第一线圈305a进行励磁。利用第一线圈305a的反向励磁来消除永磁306产生的磁通，在电磁铁301的吸引力下降到弹簧的反作用力的时刻真空阀601开始断开动作。 
将电磁铁301的第二线圈305b预先与电磁推斥线圈170串联连接。在故障时的真空阀601的快速断路过程中，通过由电容器902、控制电路板903等构成的控制装置900(图13)对电磁推斥线圈170进行励磁。利用在推斥板171上产生的电磁推斥力，操作杆608一边进一步压缩承压弹簧612一边朝下方向移动，从而真空阀601处于断开状态。此时，主旋转轴500尚未移动。 
在快速断路动作过程中，与电磁推斥线圈170同时对电磁铁301的第二线 圈305b进行励磁。若预先将第二线圈305b的励磁方向与第一线圈305a的励磁方向(反向励磁方向)相同，则永磁306的吸引力减少。若承压弹簧612及跳闸弹簧555的载荷之和超过永磁306的吸引力，则插棒式铁心304开始朝上方向移动。按照该动作，快速断路器600的操作机构整体切换到断开状态。此外，快速断路器600的控制方式与前面的实施例相同，如图8至图10所示。 
在真空阀601的快速断路过程中，必须使从永磁306的吸引力减去承压弹簧612及跳闸弹簧555的反作用力的力即超过用于维持真空阀601的闭合状态的剩余力的电磁推斥力在电磁铁301的可动部上作用。若使电磁推斥力直接在电磁铁可动部上作用，则由于存在因其反作用力使得触点再次合闸的危险，因此，如现有技术那样，必须另设抑制跳回的机构。在本实施方式中，由于通过在进行电磁推斥操作的同时对电磁铁301进行反向励磁而解除永磁306的吸引，从而与上述的实施方式相同地、能够提供可抑制因电磁推斥机构而在电流断路中途时刻所产生的可动电极一侧轴的跳回且可靠度较高的断路器。 

Claims (10)

1.一种断路器，具备：真空阀；由利用电磁推斥作用将上述真空阀的操作轴向断开方向驱动的第一线圈、可动铁心、永磁构成的电磁铁；以及对上述第一线圈进行励磁而进行上述真空阀的合闸动作，利用上述永磁的吸引力将上述真空阀维持在闭合状态，沿与进行合闸动作时相反的方向对上述第一线圈进行励磁而使上述真空阀进行断开动作的操作机构，其特征在于，
具有设置于电磁铁外部的、由操作机构的操作杆贯通的电磁推斥线圈，上述操作杆由上述电磁铁驱动，其一端固定在与上述真空阀的可动导体销连接的部件上，在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，与上述第一线圈一起在上述电磁铁内设置的第二线圈和用于电磁推斥作用的上述电磁推斥线圈同时被励磁，且上述第二线圈的励磁方向设定成与上述第一线圈断开动作时的励磁方向相同。
2.一种断路器，具备：真空阀；以及利用电磁推斥作用将上述真空阀的操作轴向断开方向驱动的快速断开单元，其特征在于，
具有由第一线圈、第二线圈、可动铁心、永磁构成的电磁铁，具备对上述第一线圈进行励磁而进行上述真空阀的合闸动作，利用上述永磁的吸引力将上述真空阀维持在闭合状态，沿与进行合闸动作时相反的方向对上述第一线圈进行励磁而使上述真空阀进行断开动作的操作机构，设置于电磁铁外部的、由操作机构的操作杆贯通的电磁推斥线圈，上述操作杆由上述电磁铁驱动，其一端固定在与上述真空阀的可动导体销连接的部件上，
在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，对用于电磁推斥作用的上述电磁推斥线圈和上述第二线圈同时进行励磁，且上述第二线圈的励磁方向设定成与上述第一线圈断开动作时的励磁方向相同。
3.一种断路器，具备：真空阀；以及利用电磁推斥作用将上述真空阀的操作轴向断开方向驱动的快速断开单元，其特征在于，具有：
将第一线圈及第二线圈配置在同轴上，并在上述第一线圈及第二线圈的中心轴上移动的可动铁心；设置在上述第一线圈及第二线圈的上表面、下表面及外周面上的固定铁心；以及具备了配置于上述上表面一侧的固定铁心的上面的永磁的电磁铁，上述电磁铁的可动铁心由圆形的可动平板和插棒式铁心构成，由旋转轴和螺母所夹持，具备对上述第一线圈进行励磁而进行上述真空阀的合闸动作，利用上述永磁的吸引力将上述真空阀维持在闭合状态，沿与进行合闸动作时相反的方向对上述第一线圈进行励磁而使上述真空阀进行断开动作的操作机构，设置于电磁铁外部的、由操作机构的操作杆贯通的电磁推斥线圈，上述操作杆由上述电磁铁驱动，其一端固定在与上述真空阀的可动导体销连接的部件上，
在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，对用于电磁推斥作用的上述电磁推斥线圈和上述第二线圈同时进行励磁，且上述第二线圈的励磁方向设定成与上述第一线圈断开动作时的励磁方向相同。
4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，
串联连接上述电磁推斥线圈和上述第二线圈。
5.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，
上述第一线圈及上述第二线圈设置在单一的线圈骨架上，上述第一线圈的匝数多于上述第二线圈的匝数。
6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，
将用于对上述电磁推斥线圈进行励磁的开关以闸流晶体管构成，用于对第一线圈进行励磁的开关使用FET或IGBT。
7.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，
与上述第一线圈并列地连接了氧化锌变阻器或由二极管和电阻构成的浪涌电压抑制装置。
8.一种断路器的开闭方法，其特征在于，
通过对第一线圈进行励磁而开闭真空阀以及设置于电磁铁外部的、由操作机构的操作杆贯通的电磁推斥线圈，上述操作杆由上述电磁铁驱动，其一端固定在与上述真空阀的可动导体销连接的部件上，在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，同时对与上述第一线圈一起设置在电磁铁内的第二线圈和与上述第二线圈串联连接的上述电磁推斥线圈进行励磁，且上述第二线圈的励磁方向设定成与上述第一线圈断开动作时的励磁方向相同。
9.一种断路器的开闭方法，对利用电磁推斥作用将真空阀的操作轴向断开方向驱动的电磁铁的第一线圈进行励磁而进行上述真空阀的合闸动作，利用电磁铁的永磁的吸引力将上述真空阀维持在闭合状态，沿与进行合闸动作时相反的方向对上述第一线圈进行励磁而使上述真空阀进行断开动作，其特征在于，
具有设置于电磁铁外部的、由操作机构的操作杆贯通的电磁推斥线圈，上述操作杆由上述电磁铁驱动，其一端固定在与上述真空阀的可动导体销连接的部件上，
在进行利用电磁推斥作用的快速断开动作时，与上述第一线圈一起设置在上述电磁铁内的第二线圈和用于电磁推斥作用的电磁推斥线圈同时被励磁，且上述第二线圈的励磁方向设定成与上述第一线圈断开动作时的励磁方向相同。
10.根据权利要求8所述的断路器的开闭方法，其特征在于，
在接通用于对上述电磁推斥线圈进行励磁的开关的同时，切断用于对第一线圈进行励磁的开关。
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