JP3904756B2 - 真空遮断器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、送配電等に用いられる真空遮断器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の真空遮断器の構成を図8に示してあり、真空バルブ100は真空容器101と、この真空容器101内に設けられた固定電極103および可動電極104と、固定電極103を支持した固定軸105および可動電極104を支持した可動軸106とで構成されている。
【0003】
可動軸106は真空容器101の壁面を摺動自在に貫通してその外部に延出しているとともに、その延出部分に反発リング107が取り付けられ、この反発リング107に対向して電磁反発コイル108が設けられている。また、可動軸106にはワイプばね109が設けられ、このワイプばね109により可動電極104が固定電極103に所定のワイプ荷重で接触するように保持されている。
【0004】
そして短絡事故電流が流れたときに、電磁反発コイル108をコンデンサ110の放電電流により励磁し、この励磁で可動軸106に取り付けられた反発リング107を反発させて可動電極104を固定電極103から高速開極させて事故電流を遮断するようになっている。
【0005】
通常の開閉操作には投入コイル111が用いられ、この投入コイル111が励磁されている間は可動電極104の閉極状態が維持され、励磁の解除に応じて開極ばね112の弾性力で可動電極104が開極し、この開極状態が開極ばね112の弾性力で維持されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電磁反発コイル108が励磁されて高速で開極するときには、その反発の衝撃による可動軸106の跳ね返りで可動電極104が再閉極してしまう恐れがあり、このため従来においては、高速開極したときに瞬時に可動軸106を保持して可動電極104の再閉極を抑える独立したキャッチ機構113が設けられている。
【0007】
高速開極時における可動軸106の衝撃エネルギーは相当大きく、このため従来おいてはリンク機構等の複雑な機構のキャッチ機構113を用いて高速開極時に可動軸106を保持するようにしており、このためその構成が大掛かりで、設置上のスペースの点、および製作上のコストの点で不利を招く結果となっている。
【0008】
この発明はこのような点に着目してなされたもので、その目的とするところは、複雑な独立したキャッチ機構を要することなく、通常の開閉操作を行うための開閉操作機構を利用して高速開極時における可動軸の跳ね返りを抑えて的確に可動電極の開極状態を維持することができる真空遮断器を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明はこのような目的を達成するために、固定電極に対して接離する可動電極およびこの可動電極を支持した可動軸を備える真空バルブと、この真空バルブの可動電極を電磁反発コイルによる電磁反発力で高速開極させる高速開極機構と、可動部材を永久磁石およびソレノイドを用いて所定のストロークで動作させる開閉操作機構と、この開閉操作機構の可動部材と前記真空バルブの可動軸とを接続体を介して一定範囲の上下移動が可能な状態に接続するとともに、前記固定電極と前記可動電極とにワイプ荷重をかけるワイプばねを備え、且つ前記可動軸の動作をガイドするガイド手段、および前記可動軸の下降時の衝撃を吸収する衝撃吸収手段を有するカップリング機構とを具備し、前記真空バルブの高速開極時には前記可動軸を前記ガイド手段によって前記真空バルブの中心軸上に沿って下降させるとともに、前記ワイプばねを圧縮し、且つ前記衝撃吸収手段に前記可動軸を衝突させて跳ね返りを抑え、これらの動作に合わせて前記開閉操作機構の可動部材を下方に動作させ、この可動部材により前記真空バルブの可動軸を保持して前記可動電極の開極状態を維持し、通常の開閉時には前記開閉操作機構の可動部材を上下に動作させ、このストローク動作で前記可動電極の開閉を行なうようにしたものである。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的な実施形態について説明する。
図1に示す実施形態においては、3つの同一構成の真空バルブ1が設けられている。各真空バルブ1は、真空容器2と、この真空容器2内に設けられた固定電極3および可動電極4と、固定電極3を支持した固定軸5および可動電極4を支持した可動軸6とからなり、前記固定電極3と可動電極4とで接点機構7が構成されている。
【0016】
可動軸6は真空容器2の壁面を摺動自在に貫通してその外部下方に延出し、その延出部分に反発リング8が取り付けられ、この反発リング8に対向して真空容器2の外周に電磁反発コイル9が設けられ、またこの可動軸6の下端部に鍔部材10が一体的に設けられている。
【0017】
各真空バルブ1の下方にはその各真空バルブ1に対応してそれぞれカップリング機構13が設けられている。これらカップリング機構13は電気絶縁材料からなる接続体14を有し、これら接続体14が共通の支持フレーム15を介して同一のレベルに支持されている。
【0018】
各接続体14にはガイド孔17が形成され、また各可動軸6の下端部に棒状のガイド18が設けられ、これらガイド18がその対応する接続体14のガイド孔17内に摺動自在に挿入されている。
【0019】
各可動軸6の鍔部材10と各接続体14との間にはそれぞれワイプばね20が設けられ、これらワイプばね20により可動軸6が上方に弾性的に付勢され、この付勢力で可動電極4が固定電極3に所定のワイプ荷重で接触するように保持されている。
【0020】
各接続体14の上部にはそれぞれほぼコ字状をなす押え部材21が設けられ、これら押え部材21の上部壁面に透孔22が形成され、これら透孔22内を可動軸6が摺動自在に貫通する状態となっている。そして可動軸6の鍔部材10が押え部材21の内側に配置し、この鍔部材10が押え部材21に当接することにより可動軸6の接続体14に対する移動の範囲が規制されるようになっている。すなわち、可動軸6は接続体14に対して相対的な移動が可能に接続されているが、鍔部材10と押え部材21とによりその移動の範囲が一定の範囲に規制されている。
【0021】
そして、可動電極4が固定電極3に接触する状態のもとでは可動軸6の鍔部材10と押え部材21の上部壁面との間に僅かな隙間が確保され、この隙間によりワイプばね20の弾性力が可動電極4に及んでその可動電極4が固定電極3に所定のワイプ荷重で接触するように保持されている。
【0022】
接続体14の上部には可動軸6の下端面と対向し、かつガイド18を囲むように衝撃吸収手段を構成する緩衝材としての筒状の制振ゴム23が設けられている。
【0023】
各接続体14を支持した支持フレーム15の下方には開閉操作機構26が設けられ、この開閉操作機構26はベース27と、このベース27に対して上下動可能に設けられた可動部材28とを備え、可動部材28にはベース27を摺動自在に貫通してその上方に延出する作動軸29が設けられ、この作動軸29が前記支持フレーム15に連結されている。
【0024】
ベース27には可動部材28を上方側に吸引する永久磁石30が取り付けられ、また可動部材28にはソレノイド31が取り付けられている。さらにベース27と可動部材28との間には可動部材28を下方に弾性的に付勢する複数の開極ばね32が設けられている。
【0025】
次に、このように構成された真空遮断器の作用について説明する。図1においては、永久磁石30による磁気吸引力で可動部材28が所定のレベルの位置に保持され、各真空バルブ1の可動電極4が固定電極3にワイプばね20により所定のワイプ荷重を保って接触する閉極状態にある。
【0026】
図2には、短絡事故の発生に伴う高速開極時の動作を順に示してある。図2(A)は真空バルブ1の閉極時の状態であり、この状態から短絡事故等が発生すると、これが制御装置(図示せず)により検出され、この検出で開極用の信号がサイリスタスイッチ35に出力され、この出力でサイリスタスイッチ35がオンし、コンデンサ36から電磁反発コイル9に放電電流が供給され、この電磁反発コイル9が励磁される。
【0027】
電磁反発コイル9の励磁により、図2(B)に示すように、反発リング8が瞬間的に反発動作し、この動作で可動軸6が下方に瞬間的に下降し、可動電極4が固定電極3から離間して高速開極が達成され、事故電流が遮断される。
【0028】
このとき、可動軸6のガイド18はガイド孔17に沿って真空バルブ1の中心軸線上に沿って下降する。そして可動軸6はワイプばね20を圧縮し、制振ゴム23に衝突し、この制振ゴム23により可動軸6の下降時の衝撃が吸収される。
【0029】
一方、開閉操作機構26のソレノイド31には、事故発生時に同時に前記制御装置による制御で可動部材28に永久磁石30と反発する方向の磁力を生じさせる電流が供給される。
【0030】
そしてこのソレノイド31の励磁により、図2(C)に示すように可動部材28が下方に押し下げられ、この可動部材28と一体にカップリング機構13の接続体14が下降し、この接続体14の下降により押え部材21が可動軸6の鍔部材10に当接し、この当接で高速開極時の可動軸6の跳ね返りが抑えられ、可動電極4の再閉極が防止される。
【0031】
さらに連続して図2(D)に示すように接続体14が下降し、この下降で押え部材21を介して可動軸6がさらに下方に引き下げられ、この引き下げで可動電極4が固定電極3からさらに大きく開極する。
【0032】
この後、ソレノイド31の励磁が解除される。可動部材28が所定の位置にまで下降して可動電極4と固定電極3との間に所定のギャップ(開極距離)が形成されたときには、永久磁石30と可動部材28との間の距離が一定以上に拡大し、このため可動部材28に対する永久磁石30の磁気吸引力が減退し、開極ばね32の弾性的な付勢力がその吸引力に勝る関係となり、したがってこの時点でソレノイド31の励磁が解除されても開極ばね32の付勢力で可動部材28が所定位置に保持され、可動電極4の開極状態が維持され、その開極のギャップが所定寸法に保持される。
【0033】
次に、通常の開閉時の動作について説明する。図3には通常の開閉時の動作を順に示してあり、図3(A)においては、永久磁石30による磁気吸引力で可動部材28が所定のレベルの位置に保持され、真空バルブ1の可動電極4が固定電極3にワイプばね20により所定のワイプ荷重で接触する閉極状態にある。
【0034】
この状態から通常の開極操作が行なわれると、制御装置を介して開閉操作機構26のソレノイド31に、可動部材28に永久磁石30と反発する方向の磁力を生じさせる電流が供給され、これにより図3(B)に示すように可動部材28が下方に押し下げられる。
【0035】
そしてこの可動部材28と一体にカップリング機構13の接続体14が下降し、この接続体14の下降により押え部材21が可動軸6の鍔部材10に当接する。
【0036】
さらに連続して図3(C)に示すように接続体14が下降し、この下降で押え部材21を介して可動軸6がさらに下方に引き下げられ、この引き下げで可動電極4が固定電極3から開極する。
【0037】
そして可動部材28がさらに下降することにより、図3(D)に示すように、可動電極4が固定電極3からさらに大きく所定のギャップが生じるまで開極する。
【0038】
この後、ソレノイド31解除される。可動部材28が所定の位置にまで下降して可動電極4と固定電極3との間に所定のギャップが形成されたときには、永久磁石30と可動部材28との間の距離が一定以上に拡大し、このため可動部材28に対する永久磁石30の磁気吸引力が減退し、開極ばね32の弾性的な付勢力がその吸引力に勝る関係となり、したがってこの時点でソレノイド31の励磁が解除されても開極ばね32の付勢力で可動部材28が所定位置に保持され、可動電極4が所定のギャップを保って開極する開極状態が維持される。
【0039】
また、この開極状態から閉極操作が行われたときには、制御装置を介して開閉操作機構26のソレノイド31に、可動部材28に永久磁石30と吸引しあう方向の磁力を生じさせる電流が供給され、これにより可動部材28が上方に引き上げられる。
【0040】
そして可動部材28の上昇によりこれと一体にカップリング機構13の接続体14および可動軸6が上昇し、一定位置まで上昇すると、可動軸6の可動電極4が固定電極3に接触する。
【0041】
この接触で可動軸6の上昇は停止するが、接続体14の上昇はさらに続き、これにより押え部材21が可動軸6の鍔部材10から離間し、この離間により可動電極4にワイプばね20の付勢力が作用し、可動電極4が所定のワイプ荷重で固定電極3に接触して所定の閉極状態となる。そしてこの後、ソレノイド31の励磁が解除され、永久磁石30による電磁吸引力で可動電極4の閉極状態が維持される。
【0042】
図4にはこの発明の真空遮断器における高速開極時の特性図を示してある。この図は電磁反発コイル9に5000A、500Hzの電流を印加したときの例である。
【0043】
図4中に破線で示す曲線イは電磁反発コイル電流、実線で示す曲線ロは真空バルブ1の可動電極4のストローク、鎖線で示す曲線ハは開閉操作機構26の可動部材28のストロークをそれぞれ表している。
【0044】
そしてこの特性図に示されているように、通電開始後0.5サイクル(2ms)で可動電極4のストロークは最大値(10mm)に達する。この後、可動電極4のストロークは、電磁反発コイル電流が零となってその電磁反発力が消失した後にも一定時間最大ストロークを維持しているが、やがてそのストロークが減少しかける。
【0045】
しかし、同時に動作を開始している開閉操作機構26の可動部材28のストロークにより最終的にその開閉操作機構26で設定されたストロークで可動電極4は開極保持される。
【0046】
この特性図は、電磁反発コイル電流を1サイクル通電とした場合の例であるが、サイリスタスイッチにより通電周波数を1サイクルより多くし(例えば2.5サイクル)、電磁反発力を継続させることで可動軸6の跳ね返りを抑制することも可能である。また、開閉操作機構26の可動部材28のストロークを変えることにより、可動電極4の開極安定時のギャップを任意に調整することが可能である。
【0047】
図5にはこの発明の真空遮断器の回路構成を示してある。この図は1相分の真空バルブ1を駆動する場合の例で、真空バルブ1の固定軸5が主回路電源部40に接続され、可動軸6が主回路負荷部41に接続されている。そして真空遮断器の制御装置42は、高速開極制御ユニット43と開閉制御ユニット44とで構成され、これら制御ユニット43,44がそれぞれ制御電源45に接続されている。
【0048】
高速開極制御ユニット43は、変圧器46、整流器47、電流制限抵抗48で構成されるコンデンサ充電ユニット49とサイリスタスイッチ35とからなり、コンデンサ充電ユニット49によりコンデンサ36が常時設定電圧に充電されている。
【0049】
そして、主回路に短絡等の事故が発生すると、過電流検出器51が事故電流を検出し、開極信号が高速開極制御ユニット43、開閉制御ユニット44に送られる。これにより、高速開極制御ユニット43のサイリスタスイッチ35が駆動され、コンデンサ36に充電されている電圧が放電し、電磁反発コイル9が励磁されるとともに、同時に開閉制御ユニット44により開閉操作機構26のソレノイド31が励磁され、可動部材28が駆動されて高速開極が行われる。
【0050】
図5は単相回路の場合であるが、図6に示すように、3相回路の場合には、電磁反発コイル9およびコンデンサ36を3相独立して接続することにより実現することができる。
【0051】
さらに図7に示すように構成することも可能であり、この回路構成においては、3相の真空バルブ1を高速開極させるための電磁反発コイル9とコンデンサ36を3相一括して接続し、1つのサイリスタスイッチ35で駆動する構成となっている。
【0052】
この構成の場合には、電磁反発コイル9に流れる分流電流は、独立に接続した場合の分流電流と大きな変化はない。
コンデンサ36の長期信頼性を考慮すると、オープンモードでの劣化が発生した場合、独立接続においては、劣化相の共振周波数のみが変化するため、劣化相の開極速度が大きく低下し、開極性能に影響する。コンデンサ36を一括に接続した場合は、正常時と比べ共振周波数は変化するが、3相とも同様に変化するため、開極性能に与える影響を少なくすることができる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、従来のような複雑なキャッチ機構を要することなく、通常の開閉操作を行うための開閉操作機構を利用して高速開極時における可動軸の跳ね返りを抑え、可動電極の再閉極を防止してその的確な開極状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る真空遮断器の構成を示す構成図。
【図2】その真空遮断器の高速開極時の動作を順に示す説明図。
【図3】その真空遮断器の通常開閉時の動作を順に示す説明図。
【図4】その真空遮断器の特性を示すグラフ図。
【図5】真空遮断器の駆動回路の一例を示す回路構成図。
【図6】真空遮断器の駆動回路の他の例を示す回路構成図。
【図7】真空遮断器の駆動回路のさらに異なる他の例を示す回路構成図。
【図8】従来の真空遮断器の構成を示す構成図。
【符号の説明】
1…真空バルブ
2…真空容器
3…固定電極
4…可動電極
6…可動軸
8…反発リング
9…電磁反発コイル
13…カップリング機構
14…接続体
17…ガイド孔
18…ガイド
20…ワイプばね
21…押え部材
23…制振ゴム
26…開閉操作機構
28…可動部材
30…永久磁石
31…ソレノイド
32…開極ばね
35…サイリスタスイッチ
36…コンデンサ
Claims (1)
- 固定電極に対して接離する可動電極およびこの可動電極を支持した可動軸を備える真空バルブと、この真空バルブの可動電極を電磁反発コイルによる電磁反発力で高速開極させる高速開極機構と、可動部材を永久磁石およびソレノイドを用いて所定のストロークで動作させる開閉操作機構と、この開閉操作機構の可動部材と前記真空バルブの可動軸とを接続体を介して一定範囲の上下移動が可能な状態に接続するとともに、前記固定電極と前記可動電極とにワイプ荷重をかけるワイプばねを備え、且つ前記可動軸の動作をガイドするガイド手段、および前記可動軸の下降時の衝撃を吸収する衝撃吸収手段を有するカップリング機構とを具備し、
前記真空バルブの高速開極時には前記可動軸を前記ガイド手段によって前記真空バルブの中心軸上に沿って下降させるとともに、前記ワイプばねを圧縮し、且つ前記衝撃吸収手段に前記可動軸を衝突させて跳ね返りを抑え、これらの動作に合わせて前記開閉操作機構の可動部材を下方に動作させ、この可動部材により前記真空バルブの可動軸を保持して前記可動電極の開極状態を維持し、通常の開閉時には前記開閉操作機構の可動部材を上下に動作させ、このストローク動作で前記可動電極の開閉を行なうことを特徴とする真空遮断器。
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